我們都知道，Nginx支持負載均衡，可以很方便的幫助我們進行水平擴容，然而它究竟是依據什么原則進行請求的分發，其中又有哪些負載均衡算法可供選擇和配置，今天就讓我們好好來了解一下。
負載均衡的定義
什么叫負載均衡，我們可以參考一下圖片中的這種情況：
- 當客戶端發送請求時，會先到Nginx，然后Nginx會將請求分發到后台不同的服務器上。
- 如果后台的服務器群中有一個宕機了，那么Nginx會自動忽略這台服務器，不會將請求再次分發到這台服務器上。
- 如果有新加入的服務器，Nginx也會將請求分發到這台服務器上。
我所理解的負載均衡，就是：
能夠將客戶端的請求均勻地分發到后台各個應用服務器上，從而緩解服務器壓力。
並且當服務器出現宕機或者擴容時，也能正常運行。
負載均衡的方法
上面了解了什么是負載均衡，那么Nginx是怎么實現這個功能的呢？
upstream和server的使用
Nginx中負責與上游交互的模塊，統稱為upstream模塊。
而指定上游服務地址是通過upstream和server指令完成的，其關系為：
指定上游服務器的address時，其地址可以是域名、IP地址或者unix socket地址。
可以在域名或者IP地址后加端口，如果不加端口，那么默認使用80端口。
在address后面可以添加一些參數，比如：
backup：指定當前server為備份服務，僅當非備份server不可用時，請求才會轉發到該server。
down：標識某台服務已經下線，不再服務。
舉個例子：
upstream upstream-service {
server 127.0.0.1:17002;
server 127.0.0.1:17000;
}
round-robin
在upstream這個模塊中，它還提供了一個最基本的負載均衡算法round-robin。
其功能是：
以加權輪詢的方式訪問server指令指定的上游服務。
這個算法是默認集成在Nginx的框架中，無法移除，所以后面講解的所有算法都是基於此，所有算法在某些特殊情況下最終都會變成round-robin。
涉及到的指令有：
weight：服務訪問的權重，默認是1。max_conns：server的最大並發連接數，僅作用於單worker進程。max_fails：在fail_timeout時間內，最大的失敗次數。當達到最大失敗時，會在fail_timeout時間內不允許再次被選擇。fail_timeout：單位為秒，默認是10秒。指定一段時間內，最大的失敗次數max_fails。到達max_fails后，該server不能訪問的時間。
簡單的hash模塊
有的時候，正常的輪詢算法並不能滿足我們的需求，
比如：帶有cookie請求狀態的連接，如果應用服務沒有設置專門的管理cookie的服務器，那么我們就希望同一個用戶能被分配到同一個服務器。
再比如：我們后端應用需要針對請求當中的參數或者URL，將相同的請求放到相同的服務器上進行處理。
針對第一種情況，就可以用upstream_ip_hash。針對第二種情況，可以使用upstream_hash。
upstream_ip_hash
功能：
以客戶端的IP地址作為hash算法的關鍵字，映射到特定的上游服務器中。
- 對IPV4地址使用前3個字節作為關鍵字，對IPV6則使用完整地址。
- 可以使用
round-robin算法的參數。- 可以基於
realip模塊修改用於執行算法的IP地址。
舉個例子：
upstream upstream-service {
ip_hash;
server 127.0.0.1:17002;
server 127.0.0.1:17000;
}
upstream_hash
功能：
通過制定關鍵字作為hash key，基於hash算法映射到特定的上游服務器中。
- 關鍵字可以含有變量、字符串。
- 可以使用
round-robin算法的參數。
舉個例子(以請求中的參數username作為hash key)：
upstream upstream-service {
hash user_$arg_username;
server 127.0.0.1:17002;
server 127.0.0.1:17000;
}
一致性哈希算法
hash算法在一定程度上已經可以滿足了我們的業務需求，但如果這個時候遇到應用宕機或者應用擴容，那么hash的總數就會變化，這樣很有可能帶來大量請求原本請求的服務器會更換，路由會失效，這樣對於我們的應用服務也會產生極大的影響，這時候就可以采用一致性hash算法。
對於一致性哈希算法的理解，可以參考這篇文章：一致性哈希算法的理解與實踐
它的使用也十分簡單，就是在之前說的upstream_hash模塊的hash指令最后，添加參數consistent，這樣Nginx就可以使用一致性哈希算法了。
舉個例子(仍以請求中的參數username作為hash key)：
upstream upstream-service {
hash user_$arg_username consistent;
server 127.0.0.1:17002;
server 127.0.0.1:17000;
}
總結
以上就是Nginx中比較常見的負載均衡方法了，還有一些比如最少連接算法等，都是在此之上的一些應用。如果大家有什么疑問，歡迎在下方留言。
有興趣的話可以訪問我的博客或者關注我的公眾號、頭條號，說不定會有意外的驚喜。
