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本节将会对Dubbo的负载均衡机制有哪些,都有什么样的特点,分别是怎么使用的,以及部分源码进行分析。
LoadBalance 中文意思为负载均衡,它的职责是将网络请求,或者其他形式的负载“均摊”到不同的机器上。避免集群中部分服务器压力过大,而另一些服务器比较空闲的情况。通过负载均衡,可以让每台服务器获取到适合自己处理能力的负载。在为高负载服务器分流的同时,还可以避免资源浪费,一举两得。负载均衡可分为软件负载均衡和硬件负载均衡。在我们日常开发中,一般很难接触到硬件负载均衡。但软件负载均衡还是可以接触到的,比如 Nginx。
在 Dubbo 中,也有负载均衡的概念和相应的实现。因为通常我们的Dubbo服务提供者会部署多台服务器,Dubbo 需要对服务消费者的调用请求进行分配,避免少数服务提供者负载过大。服务提供者负载过大,会导致部分请求超时。因此将负载均衡到每个服务提供者上,是非常必要的。
Dubbo 提供了4种负载均衡实现:
如果不指定负载均衡,缺省为 random
随机调用。我们也可以根据自己的需要,显式指定一个负载均衡。 可以在多个地方来配置负载均衡,比如 Provider 端,Consumer端,服务级别,方法级别等。
<dubbo:service interface="..." loadbalance="roundrobin" />
<dubbo:reference interface="..." loadbalance="roundrobin" />
<dubbo:service interface="...">
<dubbo:method name="..." loadbalance="roundrobin"/>
</dubbo:service>
<dubbo:reference interface="...">
<dubbo:method name="..." loadbalance="roundrobin"/>
</dubbo:reference>
Dubbo负载均衡源码位置如下:
在 Dubbo 中,所有负载均衡实现类均继承自 AbstractLoadBalance,该类实现了 LoadBalance 接口,并封装了一些公共的逻辑。所以在分析负载均衡实现之前,先来看一下 AbstractLoadBalance 的逻辑。首先来看一下负载均衡的入口方法 select,如下:
@Override
public <T> Invoker<T> select(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
if (invokers == null || invokers.isEmpty())
return null;
// 如果 invokers 列表中仅有一个 Invoker,直接返回即可,无需进行负载均衡
if (invokers.size() == 1)
return invokers.get(0);
// 调用 doSelect 方法进行负载均衡,该方法为抽象方法,由子类实现
return doSelect(invokers, url, invocation);
}
protected abstract <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation);
select 方法的逻辑比较简单,首先会检测 invokers 集合的合法性,然后再检测 invokers 集合元素数量。如果只包含一个 Invoker,直接返回该 Inovker 即可。如果包含多个 Invoker,此时需要通过负载均衡算法选择一个 Invoker。具体的负载均衡算法由子类实现,接下来章节会对这些子类一一进行详细分析。
AbstractLoadBalance 除了实现了 LoadBalance 接口方法,还封装了一些公共逻辑,比如服务提供者权重计算逻辑。具体实现如下:
protected int getWeight(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) {
// 从 url 中获取权重 weight 配置值
int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), Constants.WEIGHT_KEY, Constants.DEFAULT_WEIGHT);
if (weight > 0) {
// 获取服务提供者启动时间戳
long timestamp = invoker.getUrl().getParameter(Constants.REMOTE_TIMESTAMP_KEY, 0L);
if (timestamp > 0L) {
// 计算服务提供者运行时长
int uptime = (int) (System.currentTimeMillis() - timestamp);
// 获取服务预热时间,默认为10分钟
int warmup = invoker.getUrl().getParameter(Constants.WARMUP_KEY, Constants.DEFAULT_WARMUP);
// 如果服务运行时间小于预热时间,则重新计算服务权重,即降权
if (uptime > 0 && uptime < warmup) {
// 重新计算服务权重
weight = calculateWarmupWeight(uptime, warmup, weight);
}
}
}
return weight;
}
static int calculateWarmupWeight(int uptime, int warmup, int weight) {
// 计算权重,下面代码逻辑上形似于 (uptime / warmup) * weight。
// 随着服务运行时间 uptime 增大,权重计算值 ww 会慢慢接近配置值 weight
int ww = (int) ((float) uptime / ((float) warmup / (float) weight));
return ww < 1 ? 1 : (ww > weight ? weight : ww);
}
上面是权重的计算过程,该过程主要用于保证当服务运行时长小于服务预热时间时,对服务进行降权,避免让服务在启动之初就处于高负载状态。服务预热是一个优化手段,与此类似的还有 JVM 预热。主要目的是让服务启动后“低功率”运行一段时间,使其效率慢慢提升至最佳状态。
关于 AbstractLoadBalance 就先分析到这,接下来我们对四种策略做下详细的介绍,并且对一些策略的源码做下分析。
RandomLoadBalance 是加权随机算法的具体实现,它的算法思想很简单。假设我们有一组服务器 servers = [A, B, C],他们对应的权重为 weights = [5, 3, 2],权重总和为10。现在把这些权重值平铺在一维坐标值上,[0, 5) 区间属于服务器 A,[5, 8) 区间属于服务器 B,[8, 10) 区间属于服务器 C。接下来通过随机数生成器生成一个范围在 [0, 10) 之间的随机数,然后计算这个随机数会落到哪个区间上。比如数字3会落到服务器 A 对应的区间上,此时返回服务器 A 即可。权重越大的机器,在坐标轴上对应的区间范围就越大,因此随机数生成器生成的数字就会有更大的概率落到此区间内。只要随机数生成器产生的随机数分布性很好,在经过多次选择后,每个服务器被选中的次数比例接近其权重比例。
下面是随机负载均衡的源码,为了方便阅读和理解,我把无关部分都去掉了。
public class RandomLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
private final Random random = new Random();
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
int length = invokers.size(); // Invoker 总数
int totalWeight = 0; // 所有 Invoker 的权重的和
// 判断是不是所有的 Invoker 的权重都是一样的
// 如果权重都一样,就简单了。直接用Random生成索引就可以了。
boolean sameWeight = true;
for (int i = 0; i < length; i++) {
int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
totalWeight += weight; // Sum
if (sameWeight && i > 0 && weight != getWeight(invokers.get(i - 1), invocation)) {
sameWeight = false;
}
}
if (totalWeight > 0 && !sameWeight) {
// 如果不是所有的 Invoker 权重都相同,那么基于权重来随机选择。权重越大的,被选中的概率越大
int offset = random.nextInt(totalWeight);
for (int i = 0; i < length; i++) {
offset -= getWeight(invokers.get(i), invocation);
if (offset < 0) {
return invokers.get(i);
}
}
}
// 如果所有 Invoker 权重相同
return invokers.get(random.nextInt(length));
}
}
轮询负载均衡,就是依次的调用所有的 Provider。和随机负载均衡策略一样,轮询负载均衡策略也有权重的概念。 轮询负载均衡算法可以让RPC调用严格按照我们设置的比例来分配。不管是少量的调用还是大量的调用。但是轮询负载均衡算法也有不足的地方,存在慢的 Provider 累积请求的问题,比如:第二台机器很慢,但没挂,当请求调到第二台时就卡在那,久而久之,所有请求都卡在调到第二台上,导致整个系统变慢。
LeastActiveLoadBalance 翻译过来是最小活跃数负载均衡。活跃调用数越小,表明该服务提供者效率越高,单位时间内可处理更多的请求。此时应优先将请求分配给该服务提供者。在具体实现中,每个服务提供者对应一个活跃数 active。初始情况下,所有服务提供者活跃数均为0。每收到一个请求,活跃数加1,完成请求后则将活跃数减1。在服务运行一段时间后,性能好的服务提供者处理请求的速度更快,因此活跃数下降的也越快,此时这样的服务提供者能够优先获取到新的服务请求、这就是最小活跃数负载均衡算法的基本思想。除了最小活跃数,LeastActiveLoadBalance 在实现上还引入了权重值。所以准确的来说,LeastActiveLoadBalance 是基于加权最小活跃数算法实现的。举个例子说明一下,在一个服务提供者集群中,有两个性能优异的服务提供者。某一时刻它们的活跃数相同,此时 Dubbo 会根据它们的权重去分配请求,权重越大,获取到新请求的概率就越大。如果两个服务提供者权重相同,此时随机选择一个即可。
使用一致性 Hash 算法,让相同参数的请求总是发到同一 Provider。 当某一台 Provider 崩溃时,原本发往该 Provider 的请求,基于虚拟节点,平摊到其它 Provider,不会引起剧烈变动。 算法参见:http://en.wikipedia.org/wiki/Consistent_hashing。
缺省只对第一个参数Hash,如果要修改,请配置:
<dubbo:parameter key="hash.arguments" value="0,1" />
缺省用160份虚拟节点,如果要修改,请配置:
<dubbo:parameter key="hash.nodes" value="320" />
一致性Hash算法可以和缓存机制配合起来使用。比如有一个服务getUserInfo(String userId)。设置了Hash算法后,相同的userId的调用,都会发送到同一个 Provider。这个 Provider 上可以把用户数据在内存中进行缓存,减少访问数据库或分布式缓存的次数。如果业务上允许这部分数据有一段时间的不一致,可以考虑这种做法。减少对数据库,缓存等中间件的依赖和访问次数,同时减少了网络IO操作,提高系统性能。
从多个服务提者方中选择一个进行调用
org.apache.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance
<dubbo:protocol loadbalance="xxx" />
<!-- 缺省值设置,当<dubbo:protocol>没有配置loadbalance时,使用此配置 -->
<dubbo:provider loadbalance="xxx" />
org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RandomLoadBalance
org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RoundRobinLoadBalance
org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.LeastActiveLoadBalance
Maven 项目结构:
src
|-main
|-java
|-com
|-xxx
|-XxxLoadBalance.java (实现LoadBalance接口)
|-resources
|-META-INF
|-dubbo
|-org.apache.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance (纯文本文件,内容为:xxx=com.xxx.XxxLoadBalance)
XxxLoadBalance.java:
package com.xxx;
import org.apache.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance;
import org.apache.dubbo.rpc.Invoker;
import org.apache.dubbo.rpc.Invocation;
import org.apache.dubbo.rpc.RpcException;
public class XxxLoadBalance implements LoadBalance {
public <T> Invoker<T> select(List<Invoker<T>> invokers, Invocation invocation) throws RpcException {
// ...
}
}
META-INF/dubbo/org.apache.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance:
xxx=com.xxx.XxxLoadBalance
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原文链接 : https://blog.csdn.net/u012988901/article/details/85727406
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