一、web-server的負載均衡

網際網路架構中，web-server接入一般使用nginx來做反向代理，實施負載均衡。整個架構分三層：

• 上游呼叫層，一般是browser或者APP

• 中間反向代理層，nginx

• 下游真實接入叢集，web-server，常見web-server的有tomcat，apache

整個訪問過程為：

• browser向daojia.com發起請求

• DNS伺服器將daojia.com解析為外網IP(1.2.3.4)

• browser通過外網IP(1.2.3.4)訪問nginx

• nginx實施負載均衡策略，常見策略有輪詢，隨機，IP-hash等

• nginx將請求轉發給內網IP(192.168.0.1)的web-server

由於http短連線，以及web應用無狀態的特性，理論上任何一個http請求落在任意一臺web-server都應該得到正常處理（如果必須落在一臺，說明架構不合理，不能水平擴充套件）。

問題來了，tcp是有狀態的連線，客戶端和服務端一旦建立連線，一個client發起的請求必須落在同一臺tcp-server上，此時如何做負載均衡，如何保證水平擴充套件呢？

二、單機法tcp-server

單個tcp-server顯然是可以保證請求一致性：

• client向tcp.daojia.com發起tcp請求

• DNS伺服器將tcp.daojia.com解析為外網IP(1.2.3.4)

• client通過外網IP(1.2.3.4)向tcp-server發起請求

方案的缺點？

無法保證高可用。

三、叢集法tcp-server

通過搭建tcp-server叢集來保證高可用，客戶端來實現負載均衡：

• client內配置有tcp1/tcp2/tcp3.daojia.com三個tcp-server的外網IP

• 客戶端通過“隨機”的方式選擇tcp-server，假設選擇到的是tcp1.daojia.com

• 通過DNS解析tcp1.daojia.com

• 通過外網IP連線真實的tcp-server

如何保證高可用呢？

如果client發現某個tcp-server連線不上，則選擇另一個。

潛在的缺點？

每次連線前，需要多實施一次DNS訪問：

• 難以預防DNS劫持

• 多一次DNS訪問意味著更長的連線時間，這個不足在手機端更為明顯

如何解決DNS的問題？

直接將IP配置在客戶端，可以解決上述兩個問題，很多公司也就是這麼做的（俗稱“IP直通車”）。

“IP直通車”有什麼新問題？

將IP寫死在客戶端，在客戶端實施負載均衡，擴充套件性很差：

• 如果原有IP發生變化，客戶端得不到實時通知

• 如果新增IP，即tcp-sever擴容，客戶端也得不到實時通知

• 如果負載均衡策略變化，需要升級客戶端

四、服務端實施負載均衡

只有將複雜的策略下沉到服務端，才能根本上解決擴充套件性的問題。

增加一個http介面，將客戶端的“IP配置”與“均衡策略”放到服務端是一個不錯的方案：

• client每次訪問tcp-server前，先呼叫一個新增的get-tcp-ip介面，對於client而言，這個http介面只返回一個tcp-server的IP

• 這個http介面，實現的是原client的IP均衡策略

• 拿到tcp-server的IP後，和原來一樣向tcp-server發起TCP長連線

這樣的話，擴充套件性問題就解決了：

• 如果原有IP發生變化，只需要修改get-tcp-ip介面的配置

• 如果新增IP，也是修改get-tcp-ip介面的配置

• 如果負載均衡策略變化，需要升級客戶端

然而，新的問題又產生了，如果所有IP放在客戶端，當有一個IP掛掉的時候，client可以再換一個IP連線，保證可用性，而get-tcp-ip介面只是維護靜態的tcp-server叢集IP，對於這些IP對應的tcp-server是否可用，是完全不知情的，怎麼辦呢？

五、tcp-server狀態上報

get-tcp-ip介面怎麼知道tcp-server叢集中各臺伺服器是否可用呢，tcp-server主動上報是一個潛在方案，如果某一個tcp-server掛了，則會終止上報，對於停止上報狀態的tcp-server，get-tcp-ip介面，將不返回給client相應的tcp-server的外網IP。

該設計的存在的問題？

誠然，狀態上報解決了tcp-server高可用的問題，但這個設計犯了一個“反向依賴”的耦合小錯誤：使得tcp-server要依賴於一個與本身業務無關的web-server。

六、tcp-server狀態拉取

更優的方案是：web-server通過“拉”的方式獲取各個tcp-server的狀態，而不是tcp-server通過“推”的方式上報自己的狀態。

這樣的話，每個tcp-server都獨立與解耦，只需專注於資深的tcp業務功能即可。

高可用、負載均衡、擴充套件性等任務由get-tcp-ip的web-server專注來執行。

多說一句，將負載均衡實現在服務端，還有一個好處，可以實現異構tcp-server的負載均衡，以及過載保護：

• 靜態實施：web-server下的多個tcp-server的IP可以配置負載權重，根據tcp-server的機器配置分配負載（nginx也有類似的功能）

• 動態實施：web-server可以根據“拉”回來的tcp-server的狀態，動態分配負載，並在tcp-server效能極具下降時實施過載保護

七、總結

web-server如何實施負載均衡？

利用nginx反向代理來輪詢、隨機、ip-hash。

tcp-server怎麼快速保證請求一致性？

單機。

如何保證高可用？

客戶配置多個tcp-server的域名。

如何防止DNS劫持，以及加速？

IP直通車，客戶端配置多個tcp-server的IP。

如何保證擴充套件性？

服務端提供get-tcp-ip介面，向client屏遮蔽負載均衡策略，並實施便捷擴容。

如何保證高可用？

tcp-server“推”狀態給get-tcp-ip介面，

or

get-tcp-ip介面“拉”tcp-server狀態。