負載均衡算法-java實現

出處：  Java代碼實現負載均衡五種算法

 

 

前言： 

     負載均衡是為了解決並發情況下，多個請求訪問，把請求通過提前約定好的規則轉發給各個server。其中有好幾個種經典的算法。在用java代碼編寫這幾種算法之前，先來了解一下負載均衡這個概念。

 

1.概念

    負載，從字面意思可以分析，是指后端server可以承受的壓力。這個一方面是服務器的性能，另一方面就是代碼的質量了。

    均衡，就是說把服務部署在多態server，如何調度這些資源。根據服務器性能不同，進行一個權衡。

    當web訪問量增加，服務器性能不同，更好的去利用服務器，我們需要負載均衡算法。

 

2.幾種負載均衡算法簡介

主要的負載均衡算法是圖中這些，在代碼實現之前，我們先簡單回顧一下他們的概念。

 

輪詢法：

   輪詢算法按順序把每個新的連接請求分配給下一個服務器，最終把所有請求平分給所有的服務器。

   優點：絕對公平

   缺點：無法根據服務器性能去分配，無法合理利用服務器資源。

 

加權輪詢法：

    該算法中，每個機器接受的連接數量是按權重比例分配的。這是對普通輪詢算法的改進，比如你可以設定：第三台機器的處理能力是第一台機器的兩倍，那么負載均衡器會把兩倍的連接數量分配給第3台機器。加權輪詢分為：簡單的輪詢、平滑的輪詢。

     什么是平滑的輪詢，就是把每個不同的服務，平均分布。在Nginx源碼中，實現了一種叫做平滑的加權輪詢（smooth weighted round-robin balancing）的算法，它生成的序列更加均勻。5個請求現在分散開來，不再是連續的。

 

隨機法：

    負載均衡方法隨機的把負載分配到各個可用的服務器上，通過隨機數生成算法選取一個服務器。畢竟隨機，，有效性受到了質疑。

 

加權隨機法：

     獲取帶有權重的隨機數字，隨機這種東西，不能看絕對，只能看相對。

 

IP_Hash算法：

    hash(object)%N算法，通過一種散列算法把請求分配到不同的服務器上。

 

3.Java代碼實現負載均衡五種算法

    1.輪詢法：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
 
public class TestRoundRobin { 
    // 1.定義map, key-ip,value-weight
    static Map<String,Integer> ipMap=new HashMap<>();
    static {
        ipMap.put("192.168.13.1",1);
        ipMap.put("192.168.13.2",1);
        ipMap.put("192.168.13.3",1);
 
    }
 
　　// Integer sum=0;
    Integer  pos = 0;
 
    public String RoundRobin(){
        Map<String,Integer> ipServerMap=new ConcurrentHashMap<>();
        ipServerMap.putAll(ipMap);
 
        // 2.取出來key,放到set中
        Set<String> ipset=ipServerMap.keySet();
 
        // 3.set放到list，要循環list取出
        ArrayList<String> iplist=new ArrayList<String>();
        iplist.addAll(ipset);
 
        String serverName=null;
 
        // 4.定義一個循環的值，如果大於set就從0開始
        synchronized(pos){
            if (pos>=ipset.size()){
                pos=0;
            }
            serverName=iplist.get(pos);
            //輪詢+1
            pos ++;
        }
        return serverName;
 
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        TestRoundRobin testRoundRobin=new TestRoundRobin();
        for (int i=0;i<10;i++){
            String serverIp=testRoundRobin.RoundRobin();
            System.out.println(serverIp);
        }
    }
 
}

 

2.加權輪詢法

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
 
public class TestWeightRobin {
    //    1.map, key-ip,value-weight
    static Map<String,Integer> ipMap=new HashMap<>();
    static {
        ipMap.put("192.168.13.1",1);
        ipMap.put("192.168.13.2",2);
        ipMap.put("192.168.13.3",4);
 
    }
    Integer pos=0;
    public String WeightRobin(){
        Map<String,Integer> ipServerMap=new ConcurrentHashMap<>();
        ipServerMap.putAll(ipMap);
 
        Set<String> ipSet=ipServerMap.keySet();
        Iterator<String> ipIterator=ipSet.iterator();
 
        //定義一個list放所有server
        ArrayList<String> ipArrayList=new ArrayList<String>();
 
        //循環set，根據set中的可以去得知map中的value，給list中添加對應數字的server數量
        while (ipIterator.hasNext()){
            String serverName=ipIterator.next();
            Integer weight=ipServerMap.get(serverName);
            for (int i = 0;i < weight ;i++){
                ipArrayList.add(serverName);
            }
        }
        String serverName=null;
        if (pos>=ipArrayList.size()){
            pos=0;
        }
        serverName=ipArrayList.get(pos);
        //輪詢+1
        pos ++;
 
        return  serverName;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        TestWeightRobin testWeightRobin=new TestWeightRobin();
        for (int i =0;i<10;i++){
            String server=testWeightRobin.WeightRobin();
            System.out.println(server);
        }
 
    }
}

 

3.隨機法：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class TestRandom {
    //    1.定義map, key-ip,value-weight
    static Map<String,Integer> ipMap=new HashMap<>();
    static {
        ipMap.put("192.168.13.1",1);
        ipMap.put("192.168.13.2",2);
        ipMap.put("192.168.13.3",4);
 
    }
    public String Random() {
        Map<String,Integer> ipServerMap=new ConcurrentHashMap<>();
        ipServerMap.putAll(ipMap);
 
        Set<String> ipSet=ipServerMap.keySet();
 
        //定義一個list放所有server
        ArrayList<String> ipArrayList=new ArrayList<String>();
        ipArrayList.addAll(ipSet);
 
        //循環隨機數
        Random random=new Random();
        //隨機數在list數量中取（1-list.size）
        int pos=random.nextInt(ipArrayList.size());
        String serverNameReturn= ipArrayList.get(pos);
        return  serverNameReturn;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        TestRandom testRandom=new TestRandom();
        for (int i =0;i<10;i++){
            String server=testRandom.Random();
            System.out.println(server);
        }
 
    }
}

 

4.加權隨機：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class TestRobinRandom {
 
    //    1.定義map, key-ip,value-weight
    static Map<String,Integer> ipMap=new HashMap<>();
    static {
        ipMap.put("192.168.13.1",1);
        ipMap.put("192.168.13.2",2);
        ipMap.put("192.168.13.3",4);
 
    }
    public String RobinRandom(){
        Map<String,Integer> ipServerMap=new ConcurrentHashMap<>();
        ipServerMap.putAll(ipMap);
 
        Set<String> ipSet=ipServerMap.keySet();
        Iterator<String> ipIterator=ipSet.iterator();
 
        //定義一個list放所有server
        ArrayList<String> ipArrayList=new ArrayList<String>();
 
        //循環set，根據set中的可以去得知map中的value，給list中添加對應數字的server數量
        while (ipIterator.hasNext()){
            String serverName=ipIterator.next();
            Integer weight=ipServerMap.get(serverName);
            for (int i=0;i<weight;i++){
                ipArrayList.add(serverName);
            }
        }
 
        //循環隨機數
        Random random=new Random();
        //隨機數在list數量中取（1-list.size）
        int pos=random.nextInt(ipArrayList.size());
        String serverNameReturn= ipArrayList.get(pos);
        return  serverNameReturn;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        TestRobinRandom testRobinRandom=new TestRobinRandom();
        for (int i =0;i<10;i++){
            String server=testRobinRandom.RobinRandom();
            System.out.println(server);
        }
 
    }
}

 

5.IP_Hash算法：

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
 
public class ipHash {
    //    1.定義map, key-ip,value-weight
    static Map<String,Integer> ipMap=new HashMap<>();
    static {
        ipMap.put("192.168.13.1",1);
        ipMap.put("192.168.13.2",2);
        ipMap.put("192.168.13.3",4);
    }
    public String ipHash(String clientIP){
        Map<String,Integer> ipServerMap=new ConcurrentHashMap<>();
        ipServerMap.putAll(ipMap);
 
        //    2.取出來key,放到set中
        Set<String> ipset=ipServerMap.keySet();
 
        //    3.set放到list，要循環list取出
        ArrayList<String> iplist=new ArrayList<String>();
        iplist.addAll(ipset);
 
        //對ip的hashcode值取余數，每次都一樣的
        int hashCode=clientIP.hashCode();
        int serverListsize=iplist.size();
        int pos=hashCode%serverListsize;
        return iplist.get(pos);
 
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        ipHash iphash=new ipHash();
        String servername= iphash.ipHash("192.168.21.2");
        System.out.println(servername);
    }
 
}