面试题-springcloud中的负载均衡是如何实现的？

一句话导读

        Springcloud中的负载均衡是通过Ribbon实现的，自带有很多负载均衡策略，如：包括轮询（Round Robin）、随机（Random）、加权轮询（Weighted Round Robin）、加权随机（Weighted Random）等，亦可自行实现该策略。

目录

一句话导读

一、负载均衡的定义

二、微服务框架Springcloud中的负载均衡职责

        1.实现高可用

      2.实现高并发

       3.实现弹性扩展

        4.实现故障隔离

        5.实现降低延迟

三、策略源码分析：

        1.负载均衡策略（Load Balancing Strategy）

        2.服务列表的动态更新

        3.请求拦截与处理

        4.RestTemplate的增强

        5.超时与重试

        6.服务端列表过滤

        7.自定义负载均衡规则

四、ILoadBalancer接口和IRule接口有什么区别呢

        1.ILoadBalancer接口

        2.IRule接口

五、常见的负载均衡策略包括

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一、负载均衡的定义

        负载均衡，从字面含义可以理解将负载均衡的分配到各个工作进程中，在计算机领域，负载均衡是非常重要而常见的技术，旨在提高系统的性能、可用性和可靠性。当一个系统服务，需要多台服务器同时提供服务时，负载均衡可以根据一定的算法和策略将请求分发给这些服务器，使得每台服务器的负载尽量保持平衡，避免某台服务器过载而导致性能下降或故障。负载均衡根据逻辑处理的所属不同，分为客户端负载均衡和服务端负载均衡。

        客户端负载均衡是指负载均衡的决策发生在客户端，当客户端需要访问一个服务时，自己通过相应的策略决定要调用那个远程服务机器，服务端负载均衡则是说负载策略的决策是在服务端，当客户端发起请求，服务端接收到请求后根据相应的策略来判断将请求转发到那个服务机器中。       

        Springcloud的负载均衡就是客户端负载均衡，Nginx、HA Proxy等则是服务端负载均衡。

二、微服务框架Springcloud中的负载均衡职责

        微服务框架Springcloud中的负载均衡是由Ribbon这个组件来实现的，集成的是由Netflix公司提供的spring-cloud-starter-netflix-ribbon。Springcloud通过Ribbon结合服务注册发现机制，实现客户端负载均衡策略。

        在微服务框架中，架构设计时面临的不可避免的一个问题就是高可用、高性能、高并发的需求，在实践过程中，不管是横向扩展、还是提供可用性都是通过负载均衡策略实现的，在Springcloud中他的职责可以分为：

        1.实现高可用

        在Springcloud框架中，同一个微服务功能可能会部署多个服务实例去处理相同的问题，这样当其中一个或多个出现故障，负载均衡策略将不可用的服务实例下线，请求不会被分发到故障机器中，这样其他实例还能正常提供服务，从而实现高可用性。

      2.实现高并发

        通过负载均衡机制，多实例可以同时提供服务，并且请求能够均衡的分配到不同的机器中，实现高并发性

       3.实现弹性扩展

        在服务提供过程中，当某个服务的性能达到上限时，可以根据需求扩展新的服务实例，负载均衡策略会将新的实例一起纳入服务，从而达到弹性扩展的效果

        4.实现故障隔离

        在微服务架构中，一个服务实例的故障不应该影响其他服务实例的正常运行。使用负载均衡可以将请求转发到其他可用的实例，从而实现故障隔离，提高系统的容错性。

        5.实现降低延迟

        通过选择距离用户较近或负载较轻的服务实例来处理请求，负载均衡可以降低请求的延迟，提高用户体验

三、策略源码分析：

        上文说到springcloud中的负载均衡是通过Ribbon实现的，那么我们分析下Ribbon他到底是怎么实现负载均衡的呢？

        从源码的分析中可以看出主要包含几个方面：负载均衡策略的实现、服务列表的动态更新、请求的拦截与处理等

        1.负载均衡策略（Load Balancing Strategy）

        Ribbon中定义了多种负载均衡策略，包括轮询（Round Robin）、随机（Random）、加权轮询（Weighted Round Robin）、加权随机（Weighted Random）等。每种策略都实现了ILoadBalancer接口，通过选择最优的服务实例来实现负载均衡。

        2.服务列表的动态更新

        Ribbon会与Spring Cloud的服务注册与发现组件（如Eureka）结合使用，通过定时拉取注册中心的服务列表信息，并将其缓存在本地。同时，Ribbon会通过监听注册中心的事件来实时更新服务列表，保持服务实例的最新状态。

        3.请求拦截与处理

        在Ribbon中，使用拦截器模式（Interceptors）来对请求进行预处理。Ribbon拦截器可用于实现请求的重试、超时设置、请求头添加等功能。这些拦截器可以灵活地组合使用，以满足不同场景的需求。

        4.RestTemplate的增强

        Ribbon对Spring的RestTemplate进行了增强，通过@LoadBalanced注解标记的RestTemplate，可以在发起请求时自动实现负载均衡。Ribbon在拦截器链中加入了LoadBalancerInterceptor，它负责根据负载均衡策略选择服务实例，并将请求转发到选定的实例上。

        5.超时与重试

        Ribbon支持设置请求的超时时间和重试次数，以增强服务的可靠性和容错性。当请求超时或失败时，Ribbon可以根据配置的重试次数，重新选择一个可用的服务实例进行重试。

        6.服务端列表过滤

        Ribbon提供了服务端列表过滤的功能，可以通过IRule接口实现自定义的过滤规则，例如根据服务端实例的标签、元数据等条件来过滤服务列表，从而实现更加灵活的负载均衡策略。

        7.自定义负载均衡规则

        Ribbon还允许用户根据实际需求自定义负载均衡规则。通过实现IRule接口，用户可以实现自己的负载均衡算法，并在配置中指定使用该规则。

四、ILoadBalancer接口和IRule接口有什么区别呢

        ILoadBalancer接口和IRule接口都是Ribbon负载均衡组件中的关键接口，但它们在功能和作用上有一些区别。 ILoadBalancer接口负责服务实例的管理和选择，而IRule接口负责负载均衡的规则定义。这两个接口共同协作，实现了Ribbon负载均衡组件的核心功能。用户可以通过实现这两个接口，来定制自己的负载均衡策略和规则。

        1.ILoadBalancer接口

         ILoadBalancer接口是Ribbon负载均衡组件的核心接口，它定义了负载均衡器的基本功能。负载均衡器用于选择可用的服务实例，以实现请求的负载均衡。ILoadBalancer接口主要包含以下几个重要方法：

• chooseServer：根据负载均衡策略选择一个可用的服务实例。负载均衡策略可能是轮询、随机、加权轮询等。
• getAllServers：获取所有注册在负载均衡器中的服务实例列表。
• getServerList：获取可用的服务实例列表。
• getReachableServers：获取处于可达状态的服务实例列表。
• getServer：根据服务实例的ID获取对应的服务实例。

        ILoadBalancer接口的实现类通常会从服务注册中心（如Eureka）获取可用的服务实例列表，并根据负载均衡策略选择一个实例来处理请求。

        2.IRule接口

        IRule接口是Ribbon负载均衡组件的规则接口，它定义了负载均衡的规则和策略。负载均衡规则用于决定如何从服务实例列表中选择一个实例来处理请求。IRule接口主要包含以下方法：

• choose：根据特定的规则和策略选择一个服务实例。
• 通过实现IRule接口，用户可以自定义负载均衡的规则，例如根据服务实例的权重、标签、性能指标等进行选择。Ribbon默认提供了一些常用的负载均衡规则，如轮询（Round Robin）、随机（Random）等。

五、常见的负载均衡策略包括

1. 轮询（Round Robin）：按照顺序依次将请求分发给每台服务器。
2. 随机（Random）：随机选择一台服务器处理请求。
3. 加权轮询（Weighted Round Robin）：根据服务器的权重来分配请求，权重越高的服务器会接收到更多的请求。
4. 加权随机（Weighted Random）：根据服务器的权重来随机选择一台服务器处理请求，权重越高的服务器被选中的概率越大。
5. 最少连接（Least Connections）：选择当前连接数最少的服务器来处理请求。