使用Java實現5種負載均衡算法實例

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前言

負載均衡是為瞭解決並發情況下，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，先來瞭解一下負載均衡這個概念。

概念

負載均衡是將客戶端請求訪問，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，下面我們用Java實現這幾種算法。

幾種負載均衡算法圖例

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。

輪詢算法

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。

package com.monkeyjava.learn.basic.robin;

import com.google.common.collect.Lists;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class TestRound {

    private Integer  index = 0;
    private List<String> ips = Lists.newArrayList("192.168.1.1", "192.168.1.2", "192.168.1.3");


    public String roundRobin(){
        String serverIp;
        synchronized(index){
            if (index >= ips.size()){
                index = 0;
            }
            serverIp= ips.get(index);
            //輪詢+1
            index ++;
        }
        return serverIp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestRound testRoundRobin =new TestRound();
        for (int i=0;i< 10 ;i++){
            String serverIp= testRoundRobin.roundRobin();
            System.out.println(serverIp);
        }
    }
}

輸出結果:

192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.3
192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.3
192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.3
192.168.1.1

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：第三臺機器的處理能力是第一臺機器的兩倍，那麼負載均衡器會把兩倍的連接數量分配給第3臺機器，輪詢可以將請求順序按照權重分配到後端。

package com.monkeyjava.learn.basic.robin;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class TestWeight {
    private Integer index = 0;
    static Map<String, Integer> ipMap=new HashMap<String, Integer>(16);
    static {
        // 1.map, key-ip,value-權重
        ipMap.put("192.168.1.1", 1);
        ipMap.put("192.168.1.2", 2);
        ipMap.put("192.168.1.3", 4);

    }

    public List<String> getServerIpByWeight() {
        List<String> ips = new ArrayList<String>(32);
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : ipMap.entrySet()) {
            String ip = entry.getKey();
            Integer weight = entry.getValue();
            // 根據權重不同，放入list 中的數量等同於權重，輪詢出的的次數等同於權重
            for (int ipCount =0; ipCount < weight; ipCount++) {
                ips.add(ip);
            }
        }
        return ips;
    }

    public String weightRobin(){
        List<String> ips = this.getServerIpByWeight();
        if (index >= ips.size()){
            index = 0;
        }
        String serverIp= ips.get(index);
        index ++;
        return  serverIp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestWeight testWeightRobin=new TestWeight();
        for (int i =0;i< 10 ;i++){
            String server=testWeightRobin.weightRobin();
            System.out.println(server);
        }
    }
}

輸出結果:

192.168.1.1
192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.2
192.168.1.2
192.168.1.1
192.168.1.3
192.168.1.3

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，隻能看相對，我們不用index 控制下標進行輪詢，隻用random 進行隨機取ip，即實現算法。

package com.monkeyjava.learn.basic.robin;

import java.util.*;

public class TestRandomWeight {

    static Map<String, Integer> ipMap=new HashMap<String, Integer>(16);
    static {
        // 1.map, key-ip,value-權重
        ipMap.put("192.168.1.1", 1);
        ipMap.put("192.168.1.2", 2);
        ipMap.put("192.168.1.3", 4);

    }

    public List<String> getServerIpByWeight() {
        List<String> ips = new ArrayList<String>(32);
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : ipMap.entrySet()) {
            String ip = entry.getKey();
            Integer weight = entry.getValue();
            // 根據權重不同，放入list 中的數量等同於權重，輪詢出的的次數等同於權重
            for (int ipCount =0; ipCount < weight; ipCount++) {
                ips.add(ip);
            }
        }
        return ips;
    }

    public String randomWeightRobin(){
        List<String> ips = this.getServerIpByWeight();
        //循環隨機數
        Random random=new Random();
        int index =random.nextInt(ips.size());
        String serverIp = ips.get(index);
        return  serverIp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestRandomWeight testRandomWeightRobin=new TestRandomWeight();
        for (int i =0;i< 10 ;i++){
            String server= testRandomWeightRobin.randomWeightRobin();
            System.out.println(server);
        }
    }
}

輸出結果:

192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.2
192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.1
192.168.1.3
192.168.1.2
192.168.1.2
192.168.1.3

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，這種實現算法最簡單，隨之調用次數增大，這種算法可以達到每臺服務器的請求量接近於平均。

package com.monkeyjava.learn.basic.robin;

import com.google.common.collect.Lists;

import java.util.List;
import java.util.Random;

public class TestRandom {


    private List<String> ips = Lists.newArrayList("192.168.1.1", "192.168.1.2", "192.168.1.3");


    public String randomRobin(){
        //隨機數
        Random random=new Random();
        int index =random.nextInt(ips.size());
        String serverIp= ips.get(index);
        return  serverIp;

    }

    public static void main(String[] args) {
        TestRandom testRandomdRobin =new TestRandom();
        for (int i=0;i< 10 ;i++){
            String serverIp= testRandomdRobin.randomRobin();
            System.out.println(serverIp);
        }
    }
}

輸出

192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.1
192.168.1.3
192.168.1.2
192.168.1.3
192.168.1.3
192.168.1.2

IP_Hash算法

hash(ip)%N算法，通過一種散列算法把客戶端來源IP根據散列取模算法將請求分配到不同的服務器上

優點：保證瞭相同客戶端IP地址將會被哈希到同一臺後端服務器，直到後端服務器列表變更。根據此特性可以在服務消費者與服務提供者之間建立有狀態的session會話

缺點: 如果服務器進行瞭下線操作，源IP路由的服務器IP就會變成另外一臺，如果服務器沒有做session 共享話，會造成session丟失。

package com.monkeyjava.learn.basic.robin;

import com.google.common.collect.Lists;

import java.util.List;

public class TestIpHash {


    private List<String> ips = Lists.newArrayList("192.168.1.1", "192.168.1.2", "192.168.1.3");


    public String ipHashRobin(String clientIp){
        int hashCode=clientIp.hashCode();
        int serverListsize=ips.size();
        int index = hashCode%serverListsize;
        String serverIp= ips.get(index);
        return  serverIp;

    }

    public static void main(String[] args) {
        TestIpHash testIpHash =new TestIpHash();
        String servername= testIpHash.ipHashRobin("192.168.88.2");
        System.out.println(servername);
    }
}

輸出結果

192.168.1.3

每次運行結果都一樣

總結

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