前言

在现代互联网架构中，负载均衡（Load Balancing）几乎是每一个高可用、高并发系统的基础组件之一。它在系统稳定性、扩展性与性能方面扮演着至关重要的角色。

定义

Wiki定义如下：

Load balancing is the process of distributing network traffic or computing workload across multiple servers to ensure no single server bears too much demand.

工作原理

一句话：通过将用户请求分发到多个后端服务器，实现系统的性能提升与容错能力。

属性与指标

负载均衡关注的核心属性与关键指标包括：

  1. Throughput（吞吐量）：单位时间内能处理的请求数。
  2. Latency（延迟）：请求从发送到收到响应所花的时间。
  3. Availability（可用性）：服务可用性和容错能力。
  4. Health Check（健康检查）：定期检测后端服务器状态。
  5. Session Persistence（会话保持）：保持用户会话在同一服务器。
  6. Scalability（可扩展性）：支持横向扩展能力。
  7. Failover（故障转移）：在节点异常时快速转移请求。

类型

根据部署层级划分

  1. L4 Load Balancer（传输层）：基于TCP/UDP端口做转发，例如 LVS。
  2. L7 Load Balancer（应用层）：基于HTTP请求内容进行转发，例如 Nginx、Envoy。

根据部署位置划分

  1. Client-side Load Balancing：客户端选择目标服务节点，例如 gRPC + 服务发现。
  2. Server-side Load Balancing：请求统一通过负载均衡器分发，例如 ELB。
  3. DNS-based Load Balancing：通过 DNS 响应不同 IP 地址进行分发。

根据实现方式划分

  1. 硬件负载均衡器：如 F5、A10，专用于高吞吐量场景。
  2. 软件负载均衡器：如 Nginx、HAProxy、Traefik，灵活可扩展。
  3. 云服务负载均衡器：如 AWS ELB、GCP Load Balancing、阿里云 SLB。

负载均衡算法

常见的调度算法包括：

  1. 轮询（Round Robin）
  2. 加权轮询（Weighted Round Robin）
  3. 最少连接数（Least Connections）
  4. 加权最少连接（Weighted Least Connections）
  5. 一致性哈希（Consistent Hashing）
  6. 基于资源利用率的调度（如CPU/内存）

常见应用场景

  1. Web服务器分流
  2. 微服务请求分发
  3. CDN边缘节点选择
  4. 数据库读写分离
  5. 消息队列消费者均衡

常用负载均衡产品

负载均衡领域的主流产品与服务包括：

  1. Nginx：广泛使用的开源软件负载均衡器，支持 L7。
  2. HAProxy：高性能 TCP/HTTP 负载均衡软件。
  3. Envoy：现代服务网格架构中的 L7 代理，支持动态配置。
  4. Traefik：专为微服务设计，原生支持 Docker/K8s。
  5. LVS：Linux 内核层实现的 L4 负载均衡解决方案。
  6. F5 BIG-IP：企业级硬件负载均衡器。
  7. 云负载均衡：AWS ELB、GCP Load Balancer、Azure Load Balancer、阿里云 SLB 等。