快捷導(dǎo)航

使用Java實(shí)現(xiàn)5種負(fù)載均衡算法實(shí)例

更新時(shí)間：2021年09月30日 11:49:37 作者：微小猴

負(fù)載均衡指由多臺(tái)服務(wù)器以對(duì)稱的方式組成一個(gè)服務(wù)器集合,每臺(tái)服務(wù)器都具有等價(jià)的地位,都可以單獨(dú)對(duì)外提供服務(wù)而無(wú)須其他服務(wù)器的輔助,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于使用Java實(shí)現(xiàn)5種負(fù)載均衡算法的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

前言

負(fù)載均衡是為了解決并發(fā)情況下，多個(gè)請(qǐng)求訪問(wèn)，把請(qǐng)求通過(guò)提前約定好的規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)server。其中有好幾個(gè)種經(jīng)典的算法。在用java代碼編寫這幾種算法之前，先來(lái)了解一下負(fù)載均衡這個(gè)概念。

概念

負(fù)載均衡是將客戶端請(qǐng)求訪問(wèn)，通過(guò)提前約定好的規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)server。其中有好幾個(gè)種經(jīng)典的算法，下面我們用Java實(shí)現(xiàn)這幾種算法。

幾種負(fù)載均衡算法圖例

主要的負(fù)載均衡算法是圖中這些，在代碼實(shí)現(xiàn)之前，我們先簡(jiǎn)單回顧一下他們的概念。

輪詢算法

輪詢算法按順序把每個(gè)新的連接請(qǐng)求分配給下一個(gè)服務(wù)器，最終把所有請(qǐng)求平分給所有的服務(wù)器。

優(yōu)點(diǎn)：絕對(duì)公平

缺點(diǎn)：無(wú)法根據(jù)服務(wù)器性能去分配，無(wú)法合理利用服務(wù)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(jié)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(quán)輪詢法

該算法中，每個(gè)機(jī)器接受的連接數(shù)量是按權(quán)重比例分配的。這是對(duì)普通輪詢算法的改進(jìn)，比如你可以設(shè)定：第三臺(tái)機(jī)器的處理能力是第一臺(tái)機(jī)器的兩倍，那么負(fù)載均衡器會(huì)把兩倍的連接數(shù)量分配給第3臺(tái)機(jī)器，輪詢可以將請(qǐng)求順序按照權(quán)重分配到后端。

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(quán)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(jù)權(quán)重不同，放入list 中的數(shù)量等同于權(quán)重，輪詢出的的次數(shù)等同于權(quán)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(jié)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(quán)隨機(jī)法

獲取帶有權(quán)重的隨機(jī)數(shù)字，隨機(jī)這種東西，不能看絕對(duì)，只能看相對(duì)，我們不用index 控制下標(biāo)進(jìn)行輪詢，只用random 進(jìn)行隨機(jī)取ip，即實(shí)現(xiàn)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(quán)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(jù)權(quán)重不同，放入list 中的數(shù)量等同于權(quán)重，輪詢出的的次數(shù)等同于權(quán)重
            for (int ipCount =0; ipCount < weight; ipCount++) {
                ips.add(ip);
            }
        }
        return ips;
    }

    public String randomWeightRobin(){
        List<String> ips = this.getServerIpByWeight();
        //循環(huán)隨機(jī)數(shù)
        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(jié)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(jī)法

負(fù)載均衡方法隨機(jī)的把負(fù)載分配到各個(gè)可用的服務(wù)器上，通過(guò)隨機(jī)數(shù)生成算法選取一個(gè)服務(wù)器，這種實(shí)現(xiàn)算法最簡(jiǎn)單，隨之調(diào)用次數(shù)增大，這種算法可以達(dá)到每臺(tái)服務(wù)器的請(qǐng)求量接近于平均。

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(jī)數(shù)
        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(guò)一種散列算法把客戶端來(lái)源IP根據(jù)散列取模算法將請(qǐng)求分配到不同的服務(wù)器上

優(yōu)點(diǎn)：保證了相同客戶端IP地址將會(huì)被哈希到同一臺(tái)后端服務(wù)器，直到后端服務(wù)器列表變更。根據(jù)此特性可以在服務(wù)消費(fèi)者與服務(wù)提供者之間建立有狀態(tài)的session會(huì)話

缺點(diǎn): 如果服務(wù)器進(jìn)行了下線操作，源IP路由的服務(wù)器IP就會(huì)變成另外一臺(tái)，如果服務(wù)器沒(méi)有做session 共享話，會(huì)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(jié)果