负载均衡源码角度解读使用姿势
一、引言
在分布式系统中，负载均衡是一项关键技术，它能够有效地将请求分发到各个服务器，确保每个服务器都能得到合理的利用，避免某台服务器过载而其他服务器还在闲置的情况发生，这不仅提高了系统的性能，还增强了系统的可用性和可扩展性，本文将从源码角度深入解读负载均衡的使用姿势，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
二、负载均衡原理分析
无状态的负载均衡
无状态的负载均衡是指参与负载均衡的后端实例是无状态的，所有的后端实例都是对等的，一个请求不论发向哪一个实例，都会得到相同的并且正确的处理结果，无状态的负载均衡策略不需要关心请求的状态，常见的无状态负载均衡算法包括轮询和权重轮询。
（1）轮询
轮询策略非常简单，只需要将请求按顺序分配给多个实例，不用再做其他的处理，轮询策略会将第一个请求分配给第一个实例，然后将下一个请求分配给第二个实例，这样依次分配下去，分配完一轮之后，再回到开头分配给第一个实例，再依次分配，轮询在路由时，不利用请求的状态信息，属于无状态的负载均衡策略，所以它不能用于有状态实例的负载均衡器，否则正确性会出现问题，在公平性方面，因为轮询策略只是按顺序分配请求，所以适用于请求的工作负载和实例的处理能力差异都较小的情况。
（2）权重轮询
权重轮询策略是将每一个后端实例分配一个权重，分配请求的数量和实例的权重成正比轮询，例如有两个实例A和B，假设我们设置A的权重为20，B的权重为80，那么负载均衡会将20%的请求数量分配给A，80%的请求数量分配给B，权重轮询在路由时，不利用请求的状态信息，属于无状态的负载均衡策略，所以它也不能用于有状态实例的负载均衡器，否则正确性会出现问题，在公平性方面，因为权重策略会按实例的权重比例来分配请求数，所以我们可以利用它解决实例的处理能力差异的问题，认为它的公平性比轮询策略要好。
有状态的负载均衡
有状态的负载均衡是指在负载均衡策略中会保存服务端的一些状态，然后根据这些状态按照一定的算法选择出对应的实例，常见的有状态负载均衡算法包括P2C+EWMA。
（1）P2C+EWMA
在go-zero中默认使用的是P2C的负载均衡算法，该算法的原理比较简单，即随机从所有可用节点中选择两个节点，然后计算这两个节点的负载情况，选择负载较低的一个节点来服务本次请求，为了避免某些节点一直得不到选择导致不平衡，会在超过一定的时间后强制选择一次，在该复杂均衡算法中，采用了EWMA指数移动加权平均的算法，表示是一段时间内的均值，该算法相对于算数平均来说对于突然的网络抖动没有那么敏感，突然的抖动不会体现在请求的lag中，从而可以让算法更加均衡。
三、负载均衡源码分析
gRPC中的负载均衡
在gRPC中，Balancer和Resolver一样也可以自定义，同样也是通过Register方法进行注册，Register的参数Builder为接口，在Builder接口中，Build方法的第一个参数ClientConn也为接口，Build方法的返回值Balancer同样也是接口，可以看出，要想实现自定义的Balancer的话，就必须要实现balancer.Builder接口。
在了解了gRPC提供的Balancer的注册方式之后，我们看一下go-zero是在什么地方进行Balancer注册的，在go-zero中并没有实现balancer.Builder接口，而是使用gRPC提供的base.baseBuilder进行注册，base.baseBuilder实现了balancer.Builder接口，创建baseBuilder的时候调用了base.NewBalancerBuilder方法，需要传入PickerBuilder参数，PickerBuilder为接口，在go-zero中p2c.p2cPickerBuilder实现了该接口，PickerBuilder接口Build方法返回值balancer.Picker也是一个接口，p2c.p2cPicker实现了该接口。
Nginx源码分析
Nginx作为一款高性能的HTTP服务器和反向代理服务器，其负载均衡功能也是非常强大的，Nginx的源码是用C语言编写的，结构清晰、易于理解，通过阅读Nginx的源码，我们可以了解其工作原理、配置选项的实现方式、各种负载均衡策略的具体实现等，这对于我们更好地理解和使用负载均衡器、甚至进行定制化开发都是非常有帮助的。
四、相关问题与解答
Q1: 如何实现自定义的负载均衡策略？
A1: 要实现自定义的负载均衡策略，首先需要了解所使用的负载均衡框架或库是否支持自定义策略，以gRPC为例，可以通过实现balancer.Builder接口来实现自定义的Balancer，具体步骤如下：
定义一个新的结构体类型，实现balancer.Builder接口。
在该结构体类型中，实现Build方法，该方法需要接收一个ClientConn接口作为参数，并返回一个Balancer接口。
在Build方法中，可以自定义负载均衡逻辑，比如选择哪个后端实例来处理请求。
使用Register方法将自定义的Balancer注册到gRPC中。
Q2: 如何选择合适的负载均衡策略？
A2: 选择合适的负载均衡策略需要考虑多个因素，包括后端实例的特性（如有状态或无状态）、请求的工作负载、实例的处理能力等，以下是一些建议：
如果后端实例是无状态的，且请求的工作负载和实例的处理能力差异较小，可以选择轮询策略。
如果后端实例的处理能力不同，可以使用权重轮询策略，根据实例的处理能力为其分配不同的权重。
如果后端实例是有状态的，或者需要根据请求的状态来选择后端实例，可以考虑使用有状态的负载均衡策略，如P2C+EWMA。
在选择负载均衡策略时，还需要考虑到系统的可用性和可扩展性，如果某个后端实例出现故障，负载均衡策略应该能够自动将其排除在外，并将请求分发到其他健康的实例上。
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