Alibaba微服务组件 - 负载均衡器Ribbon

1. 什么是Ribbon

目前主流的负载方案分为以下两种：

集中式负载均衡，在消费者和服务提供方中间使用独立的代理方式进行负载，有硬件的（比如 F5），也有软件的（比如 Nginx）。
客户端根据自己的请求情况做负载均衡，Ribbon 就属于客户端自己做负载均衡。

Spring Cloud Ribbon是基于Netflix Ribbon 实现的一套客户端的负载均衡工具，Ribbon客户端组件提供一系列的完善的配置，如超时，重试等。通过LoadBalancer获取到服务提供的所有机器实例，Ribbon会自动基于某种规则(轮询，随机)去调用这些服务。Ribbon也可以实现我们自己的负载均衡算法。

1.1 客户端的负载均衡

例如spring cloud中的ribbon，客户端会有一个服务器地址列表，在发送请求前通过负载均衡算法选择一个服务器，然后进行访问，这是客户端负载均衡；即在客户端就进行负载均衡算法分配。

1.2 服务端的负载均衡

例如Nginx，通过Nginx进行负载均衡，先发送请求，然后通过负载均衡算法，在多个服务器之间选择一个进行访问；即在服务器端再进行负载均衡算法分配。

1.3 常见负载均衡算法

随机，通过随机选择服务进行执行，一般这种方式使用较少；
轮训，负载均衡默认实现方式，请求来之后排队处理；
加权轮训，通过对服务器性能的分型，给高配置，低负载的服务器分配更高的权重，均衡各个服务器的压力；
地址Hash，通过客户端请求的地址的HASH值取模映射进行服务器调度； ip --->hash
最小链接数，即使请求均衡了，压力不一定会均衡，最小连接数法就是根据服务器的情况，比如请求积压数等参数，将请求分配到当前压力最小的服务器上。最小活跃数

2. Nacos使用Ribbon

nacos-discovery依赖了ribbon，可以不用再引入ribbon依赖

2.1 添加@LoadBalanced注解

@Bean
@LoadBalanced // 负载均衡器 默认采用ribbon的轮询方式（在做微服务的时候必须要加此注解）
public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder builder) {
    RestTemplate restTemplate = builder.build();
    return restTemplate;
}

2.2 修改controller

package com.xiexie.order.controller;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

/**
 * @Description
 * @Date 2022-04-07 14:46
 * @Author xie
 */
@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @RequestMapping("/add")
    public String add() {
        System.out.println("下单成功");

        //String msg = restTemplate.getForObject("http://localhost:8011/stock/reduct", String.class);

        String msg = restTemplate.getForObject("http://stock-server/stock/reduct", String.class);

        return "Hello order add " + msg;
    }
}

3. Ribbon负载均衡策略

IRule
这是所有负载均衡策略的父接口，里边的核心方法就是choose方法，用来选择一个服务实例。

AbstractLoadBalancerRule
AbstractLoadBalancerRule是一个抽象类，里边主要定义了一个ILoadBalancer，这里定义它的目的主要是辅助负责均衡策略选取合适的服务端实例。

RandomRule
看名字就知道，这种负载均衡策略就是随机选择一个服务实例，看源码我们知道，在RandomRule的无参构造方法中初始化了一个Random对象，然后在它重写的choose方法又调用了choose(ILoadBalancer lb, Object key)这个重载的choose方法，在这个重载的choose方法中，每次利用random对象生成一个不大于服务实例总数的随机数，并将该数作为下标所以获取一个服务实例。
RoundRobinRule
RoundRobinRule这种负载均衡策略叫做线性轮询负载均衡策略。这个类的choose(ILoadBalancer lb, Object key)函数整体逻辑是这样的：开启一个计数器count，在while循环中遍历服务清单，获取清单之前先通过incrementAndGetModulo方法获取一个下标，这个下标是一个不断自增长的数先加1然后和服务清单总数取模之后获取到的（所以这个下标从来不会越界），拿着下标再去服务清单列表中取服务，每次循环计数器都会加1，
如果连续10次都没有取到服务，则会报一个警告No available alive servers after 10 tries from load balancer: XXXX。
RetryRule（在轮询的基础上进行重试）
看名字就知道这种负载均衡策略带有重试功能。首先RetryRule中又定义了一个subRule，它的实现类是RoundRobinRule，然后在RetryRule的choose(ILoadBalancer lb, Object key)方法中，每次还是采用RoundRobinRule中的choose规则来选择一个服务实例，如果选到的实例正常就返回，如果选择的服务实例为null或者已经失效，则在失效时间deadline之前不断的进行重试（重试时获取服务的策略还是RoundRobinRule中定义的策略），如果超过了deadline还是没取到则会返回一个null。
WeightedResponseTimeRule（权重 —nacos的NacosRule ，Nacos还扩展了一个自己的基于配置的权重扩展）
WeightedResponseTimeRule是RoundRobinRule的一个子类，在WeightedResponseTimeRule中对RoundRobinRule的功能进行了扩展，
WeightedResponseTimeRule中会根据每一个实例的运行情况来给计算出该实例的一个权重，然后在挑选实例的时候则根据权重进行挑选，这样能够实现更优的实例调用。WeightedResponseTimeRule中有一个名叫DynamicServerWeightTask的定时任务，默认情况下每隔30秒会计算一次各个服务实例的权重，权重的计算规则也很简单，如果一个服务的平均响应时间越短则权重越大，那么该服务实例被选中执行任务的概率也就越大。
ClientConfigEnabledRoundRobinRule
ClientConfigEnabledRoundRobinRule选择策略的实现很简单，内部定义了RoundRobinRule，choose方法还是采用了RoundRobinRule的choose方法，所以它的选择策略和RoundRobinRule的选择策略一致，不赘述。
BestAvailableRule
BestAvailableRule继承自ClientConfigEnabledRoundRobinRule，它在ClientConfigEnabledRoundRobinRule的基础上主要增加了根据loadBalancerStats中保存的服务实例的状态信息来过滤掉失效的服务实例的功能，然后顺便找出并发请求最小的服务实例来使用。然而loadBalancerStats有可能为null，如果loadBalancerStats为null，则BestAvailableRule将采用它的父类即ClientConfigEnabledRoundRobinRule的服务选取策略（线性轮询）。
ZoneAvoidanceRule（默认规则，复合判断server所在区域的性能和server的可用性选择服务器。）
ZoneAvoidanceRule是PredicateBasedRule的一个实现类，只不过这里多一个过滤条件，ZoneAvoidanceRule中的过滤条件是以ZoneAvoidancePredicate为主过滤条件和以AvailabilityPredicate为次过滤条件组成的一个叫做CompositePredicate的组合过滤条件，过滤成功之后，继续采用线性轮询(RoundRobinRule)的方式从过滤结果中选择一个出来。
AvailabilityFilteringRule（先过滤掉故障实例，再选择并发较小的实例）
过滤掉一直连接失败的被标记为circuit tripped的后端Server，并过滤掉那些高并发的后端Server或者使用一个AvailabilityPredicate来包含过滤server的逻辑，其实就是检查status里记录的各个Server的运行状态。

3.1 修改默认负载均衡策略

配置类：

package com.xiexie.ribbon;

import com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule;
import com.netflix.loadbalancer.IRule;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

/**
 * @Description ribbon配置类
 * @Date 2022-04-11 11:19
 * @Author xie
 */
@Configuration
public class RibbonConfig {

    /**
     * 全局配置
     * 指定负载均衡策略
     * @return com.netflix.loadbalancer.IRule
     */
    public IRule iRule() {
        // 指定使用Nacos提供的负载均衡策略（优先调用同一集群的实例，基于随机权重）
        return new NacosRule();
    }
}

注意：
此处有坑。不能写在@SpringbootApplication注解的@CompentScan扫描得到的地方，否则自定义的配置类就会被所有的RibbonClients共享。不建议这么使用，推荐yml方式

利用@RibbonClient指定微服务及其负载均衡策略。

package com.xiexie.order;

import com.xiexie.ribbon.RibbonConfig;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.boot.web.client.RestTemplateBuilder;
import org.springframework.cloud.client.discovery.EnableDiscoveryClient;
import org.springframework.cloud.client.loadbalancer.LoadBalanced;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClient;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClients;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

/**
 * @Description
 * @Date 2022-04-07 14:52
 * @Author xie
 */
@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient // 后面版本中可以不加这个注解
// 配置多个RibbonConfig不能被@SpringbootApplication的@CompentScan扫描到，否则就是全局配置的效果
@RibbonClients(value = {
        // 在SpringBoot主程序扫描的包外定义配置类
        @RibbonClient(name = "stock-server", configuration = RibbonConfig.class),
        @RibbonClient(name = "account-server", configuration = RibbonConfig.class)
})
public class OrderApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderApplication.class, args);
    }

    @Bean
    @LoadBalanced // 负载均衡器 默认采用ribbon的轮询方式（在做微服务的时候必须要加此注解）
    public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder builder) {
        RestTemplate restTemplate = builder.build();
        return restTemplate;
    }
}

配置文件：调用指定微服务提供的服务时，使用对应的负载均衡算法
修改application.yml

# 被调用的微服务名
stock-server:
  ribbon:
    # 指定使用Nacos提供的负载均衡策略（优先调用同一集群的实例，基于随机&权重）
    # NFLoadBalancerRuleClassName: com.xiexie.ribbon.RibbonConfig
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.xiexie.ribbon.NacosRandomWithWeightRule

3.2 自定义负载均衡策略

通过实现 IRule 接口可以自定义负载策略，主要的选择服务逻辑在 choose 方法中。

package com.xiexie.ribbon;

import com.alibaba.cloud.nacos.NacosDiscoveryProperties;
import com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosServer;
import com.alibaba.nacos.api.exception.NacosException;
import com.alibaba.nacos.api.naming.NamingService;
import com.alibaba.nacos.api.naming.pojo.Instance;
import com.netflix.client.config.IClientConfig;
import com.netflix.loadbalancer.AbstractLoadBalancerRule;
import com.netflix.loadbalancer.DynamicServerListLoadBalancer;
import com.netflix.loadbalancer.Server;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.List;

/**
 * @Description 基于Nacos权重的负载均衡策略
 * @Date 2022-04-11 11:29
 * @Author xie
 */
@Slf4j
public class NacosRandomWithWeightRule extends AbstractLoadBalancerRule {

    private NacosDiscoveryProperties nacosDiscoveryProperties;

    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig iClientConfig) {

    }

    public Server choose(Object o) {
        DynamicServerListLoadBalancer loadBalancer = (DynamicServerListLoadBalancer) getLoadBalancer();
        String loadBalancerName = loadBalancer.getName();
        NamingService namingService = nacosDiscoveryProperties.namingServiceInstance();

        try {
            Instance instance = namingService.selectOneHealthyInstance(loadBalancerName);
            return new NacosServer(instance);
        } catch (NacosException e) {
            log.error("获取服务实例异常：{}", e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

配置自定义的策略
修改application.yml

# 被调用的微服务名
stock-server:
  ribbon:
    # 指定使用Nacos提供的负载均衡策略（优先调用同一集群的实例，基于随机&权重）
    # NFLoadBalancerRuleClassName: com.xiexie.ribbon.RibbonConfig
    # 自定义的负载均衡策略（基于随机&权重）
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.xiexie.ribbon.NacosRandomWithWeightRule

4. Ribbon饥饿加载

在进行服务调用的时候，如果网络情况不好，第一次调用会超时。
Ribbon默认懒加载，意味着只有在发起调用的时候才会创建客户端。

开启饥饿加载，解决第一次调用慢的问题
修改application.yml

ribbon:
  eager-load:
    # 开启ribbon饥饿加载
    enabled: true
    # 配置stock-server使用ribbon饥饿加载，多个使用逗号分隔
    clients: stock-server

源码对应属性配置类：RibbonEagerLoadProperties
测试：

5. Ribbon内核原理

posted @ 2022-04-11 13:47 xiexie0812 阅读(253) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部