Nginx负载均衡原理详解(图文全面总结)

负载均衡是大型架构的必经之路，也是各分布式中间件的核心组件，下面我就全面来详解Nginx负载均衡原理@mikechen

Nginx负载均衡

负载均衡是一种在多个服务器、或资源之间，分配客户端请求的方法，以优化资源使用、以及提升系统性能。

负载均衡可以水平扩展，即通过增加更多的服务器，来处理更多的请求，如下图所示：

上面的负载均衡器，可以采用目前主流的：Nginx、LVS…等负载均衡器来实现。

当流量增加时，可以轻松添加新的服务器，到负载均衡中，以应对不断增长的需求。

并且，当某台服务器出现故障时，负载均衡器，会自动将流量重新分配到其他可用服务器上，从而避免系统停机、或服务中断。

所以，负载均衡不仅可以提升性能，还可以更好的解决系统可用性的问题。

 

Nginx负载均衡原理

负载均衡器（Load Balancer），一般位于客户端、和服务器之间。

如下图所示：

负载均衡器，作为中介接受客户端请求，然后，根据预定的“负载均衡策略”，将请求分发给后端服务器进行处理。

常见的策略，包含：轮询 (Round Robin)、最少连接 (Least Connections)、加权………等等。

1.轮询

轮询 (Round Robin)：按顺序将请求，分配给每个后端服务器，循环往复。

如下图所示：

在 Nginx 的负载均衡配置中，轮询 (Round Robin) 是一种默认且常用的策略，即请求按顺序依次分配给每个后端服务器。

假设我们有四台后端服务器，命名为 backend1、backend2、backend3 和 backend4，轮询策略，将依次将请求分配给这些服务器。

如下所示：

http {
    upstream backend {
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
        server backend3.example.com;
        server backend4.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

在这个配置中，Nginx 将请求依次分配给 backend1、backend2、backend3 和 backend4，然后再从 backend1 开始循环。

 

2、加权轮询 (Weighted Round Robin)

加权轮询：在轮询的基础上，多增加一个权重，比如：为每个服务器分配权重，权重越高的服务器接收到的请求越多。

如下图所示：

配置如下：

http {
    upstream backend {
        server backend1.example.com weight=3;
        server backend2.example.com weight=2;
        server backend3.example.com weight=1;
        server backend4.example.com weight=4;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

还是举一个例子，假如：我们有10个客户端，按照上面的3、2、1、4的权重。

在这个配置中，最终：backend1 将接收 3 份请求，backend2 接收 2 份，backend3 接收 1 份，backend4 接收 4 份请求。

所以，可以很直观的就可以看出：加权轮询，使得一些服务器在轮询过程中接收更多的请求，从而可以更好地利用资源。

如果你的服务器配置不一致，就可以采用加权轮询的策略。

 

3、最少连接 (Least Connections)

最少连接：就是将请求，分配给当前活动连接数最少的服务器。

如下图所示：

假设我们有四台后端服务器，命名为 backend1、backend2、backend3 、和 backend4。

http {
    upstream backend {
        least_conn;
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
        server backend3.example.com;
        server backend4.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

在这个配置中，least_conn 指令指定了最少连接策略，Nginx 会将新请求分配给当前活动连接数最少的服务器。

还是举一个例子，比如：当前的状态连接是这样：

backend1 活动连接数：2
backend2 活动连接数：3
backend3 活动连接数：1
backend4 活动连接数：4

当有一个新请求到达时，Nginx 会选择 backend3，因为它的活动连接数最少（1）。

后续，就依此类推，Nginx 会继续将新请求，分配给当前活动连接数最少的服务器。

 

4、IP 哈希 (IP Hash)

IP哈希：就是根据客户端 IP 地址的哈希值，将请求分配到固定的服务器，确保会话保持。

如下图所示：

配置如下：

upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

为了更好地理解 IP 哈希策略的工作过程，假设我们有以下四个客户端 IP 地址：

1. 192.168.1.1
2. 192.168.1.2
3. 192.168.1.3
4. 192.168.1.4

Nginx 将通过哈希函数，计算每个 IP 地址的哈希值，并将请求分配给相应的服务器。

比如：

客户端 192.168.1.1 发送请求：Nginx 计算哈希值并分配给 backend1；

客户端 192.168.1.2 发送请求：Nginx 计算哈希值并分配给 backend2；

这种方法，确保了来自同一 IP 地址的请求，总是被路由到同一台服务器。

非常适合需要会话保持的应用，比如：购物车、用户会话…….等场景。

作者简介

陈睿|mikechen，10年+大厂架构经验，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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