【微服务】负载均衡 - LoadBalance（day4）

王彬泽2024-10-05 10:38

下述所有代码都是在订单服务中修改的，商品服务并不需要修改，只需要启动多个实例即可。

引入

在介绍Eureka组件的最后，留下了一个问题就是，无论启动多少个实例，只能调用第一个。原因是因为服务调用时获取的是一个实例数组，但是我们进行了硬编码，只get第一个实例进行了调用。找到原因之后，我们就要找到修改代码的方式，进而合理分配调用的主机，减少单机的压力。

但是，如何修改代码，进行合理分配成了一个难点。我想到一个解决方法就是在项目启动之初，去注册中心拉取被调用服务的数量，这样每次进行调用时使用 计数器 % 实例数 的方法来进行分配每次远程调用访问的主机。但是，由于拉取被调用服务的数量这个操作也是远程调用，因此可能每次拉取的实例顺序是不同的，这个我们可以在项目启动时把数量和主机内容都进行记录，没有啥问题；不过，更严重的一个问题是，在运行过程中，主机是可能宕机的，并且对于一个大促是可能进行动态扩缩容的，这是对被调用方进行一个改变，调用方并不会重启，这就导致调用方启动时获取的实例数量不会改变，从而导致扩缩容添加的主机起不到作用，因此微服务自己出了一个类似于Nginx的组件来进行负载均衡。

@Slf4j
@Service
public class OrderServiceImpl extends ServiceImpl<OrderMapper, Order> implements OrderService {

    // 版本三：自定义负载均衡版本
    private static final String PRODUCT_SERVICE_NAME = "cloud-provider-payment8001";

    @Resource
    private RestTemplate restTemplate;

    @Resource
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    // 使用原子类来表示调用次数
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
    
    // 初始化方法，在项目启动时调取实例
    private List<ServiceInstance> instances;
    @PostConstruct
    private void init() {
        instances = discoveryClient.getInstances(PRODUCT_SERVICE_NAME);
        log.info("查看被调用方实例的数量：" + instances.size());
    }

    @Override
    public Order getOrderById(Integer id) {
        // 获取订单
        Order order = this.getById(id);
        // 获取应该调用的实例下标
        int index = this.count.getAndIncrement() % instances.size();
        // 获取该实例的内容
        ServiceInstance serviceInstance = this.instances.get(index);
        // 拼接URL
        String url = serviceInstance.getUri() + "/product/query/" + order.getProductId();
        log.info("被调用服务的URI：" + serviceInstance.getUri());
        // 远程调用
        Product product = this.restTemplate.getForObject(url, Product.class);
        order.setProduct(product);
        // 返回结果
        return order;
    }

}

如上图所示，订单服务在启动时，就会去拉取被调用方存在几个实例。

如何启动个实例？

如下图，想要启动哪个服务的多实例，直接右击该服务。

右击之后，点击Copy Configuration选项。

点击之后，会出现如下弹窗，首先将Name改换成自己想要的，我一般会改一下端口号，表示我复制实例之后的端口号，然后点击Modify options。

点击之后，会出现一堆选项，然后点击Add VM options。

点击之后，会在原来的弹框中多出现一行内容，然后配置自己的信息即可。我一般不会修改其他内容，只会把端口号改变，这样不会造成端口冲突。

再次重启商品服务，由于之前我已经启动了三个实例，因此在Eureka服务列表中会出现四个实例，如下图：

如下图，在启动订单服务之后，也表示商品服务现在有四个实例，因此启动成功。

负载均衡介绍

概念

负载均衡 Load Balance，简称LB：负载就是压力、流量，均衡就是公平的、合理的将流量进行分配。负载均衡是高并发、高可用必不可少的关键组件。

当服务流量增大时，通常会通过增加机器数量的方式来进行扩容，负载均衡就是按照一定的算法把客户端的请求发送到这些机器中，完成流量分发。

分类

服务端负载均衡

在服务端进行负载均衡的算法分配，比较有名的服务端负载均衡器是Nginx。客户端发送请求，请求首先到达负载均衡器，然后负载均衡器通过负载均衡算法，在多个服务器之间选择一个进行调用。

客户端负载均衡

在客户端进行负载均衡的算法分配。把负载均衡的功能以库的方式集中到客户端，而不是再由一台指定的负载均衡设备集中提供，比如SpringCloud的LoadBalancer，请求到达客户端，客户端从Eureka中拉取服务列表。然后在发送请求到服务器之前，客户端自己通过负载均衡选择一个服务器，进行访问。

对于客户端和服务器来说，并不是服务器就一直是服务器，客户端一直就是客户端。对于上述来说，客户端请求到达服务端，但是服务端又要调用另一个服务端。因此这个中间的服务端也可以称作客户端，如果针对前端请求来说，他就是服务端；如果对于被调用方来说，他就是客户端。因此，不要太纠结这个东西。

SpringCloudLoadBalancer

在早期，负载均衡是SpringCloud的Ribbon来实现的，但是由于它不进行维护了。因此SpringCloud官方又实现了一个SpringCloudLoadBalancer来进行维护使用。作为客户端负载均衡器来说，使用还是比较简单的。

引入依赖

        <!--负载均衡-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancer</artifactId>
        </dependency>

修改业务类

@Configuration
public class RestTemplateConfig {

    @Bean
    @LoadBalanced // 负载均衡
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }

}

@Slf4j
@Service
public class OrderServiceImpl extends ServiceImpl<OrderMapper, Order> implements OrderService {

    // 版本一：没有引入微服务组件时
    /*@Resource
    private RestTemplate restTemplate;

    @Override
    public Order getOrderById(Integer id) {
        Order order = this.getById(id);
        String url = "http://127.0.0.1:8001/product/query/" + order.getProductId();
        Product product = this.restTemplate.getForObject(url, Product.class);
        order.setProduct(product);
        return order;
    }*/

    // 版本二：引入了服务注册与发现
    /*private final String PRODUCT_SERVICE_NAME = "cloud-provider-payment8001";

    @Resource
    private RestTemplate restTemplate;

    @Resource
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    @Override
    public Order getOrderById(Integer id) {
        // 获取订单
        Order order = this.getById(id);

        // 获取商品服务的实例
        List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances(this.PRODUCT_SERVICE_NAME);
        // 输出日志查看获取到的实例有哪些内容
        log.info(instances.toString());
        // 获取第一个商品实例的uri
        String uri = instances.get(0).getUri().toString();
        log.info(uri);
        // 拼接url
        String url = uri + "/product/query/" + order.getProductId();
        // 远程调用
        Product product = this.restTemplate.getForObject(url, Product.class);
        order.setProduct(product);
        // 返回结果
        return order;
    }*/

    // 版本三：自定义负载均衡版本
    /*private static final String PRODUCT_SERVICE_NAME = "cloud-provider-payment8001";

    @Resource
    private RestTemplate restTemplate;

    @Resource
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);

    private List<ServiceInstance> instances;
    @PostConstruct
    private void init() {
        instances = discoveryClient.getInstances(PRODUCT_SERVICE_NAME);
        log.info("查看被调用方实例的数量：" + instances.size());
    }

    @Override
    public Order getOrderById(Integer id) {
        // 获取订单
        Order order = this.getById(id);
        // 获取应该调用的实例下标
        int index = this.count.getAndIncrement() % instances.size();
        // 获取该实例的内容
        ServiceInstance serviceInstance = this.instances.get(index);
        // 拼接URL
        String url = serviceInstance.getUri() + "/product/query/" + order.getProductId();
        log.info("被调用服务的URI：" + serviceInstance.getUri());
        // 远程调用
        Product product = this.restTemplate.getForObject(url, Product.class);
        order.setProduct(product);
        // 返回结果
        return order;
    }*/


    // 版本四：负载均衡版本
    // 不需要自己获取实例，只需要调用服务名就可以自动进行负载均衡获取实例
    @Resource
    private RestTemplate restTemplate;

    private final String PRODUCT_SERVICE_NAME = "cloud-provider-payment8001";

    @Override
    public Order getOrderById(Integer id) {
        // 获取订单
        Order order = this.getById(id);
        // 拼接url
        String url = "http://" + this.PRODUCT_SERVICE_NAME + "/product/query/" + order.getProductId();
        // 远程调用
        Product product = this.restTemplate.getForObject(url, Product.class);
        order.setProduct(product);
        // 返回结果
        return order;
    }

}

测试服务

启动服务之后，输入URL：127.0.0.1:80/order/query/80，多点击几次，就会发现订单服务在进行调用时，会调用不同实例的商品服务，从而证明实现了负载均衡器。

负载均衡策略

策略概述

负载均衡是一种思想，无论是哪种负载均衡器，他们的负载均衡策略都是相似的。SpringCloudBalancer支持两种负载均衡策略：轮询策略和随机选择策略。

轮询策略（Round-Robin）：表示服务器轮流处理客户端发来的请求，这是一种最简单的、也是最常用的负载均衡策略。例如学生值日轮流打扫卫生。

随机选择（Random）：表示随机一个服务器来执行客户端发来的请求。

自定义策略：SpringCloud默认负载均衡策略是轮询策略，实现是RoundRobinLoadBalancer；如果服务的消费者想要采用随机的负载均衡策略，实现是RandomLoadBalancer；当然，也可以自己实现一个负载均衡策略，例如非公平负载均衡策略（权重）。

  1. 定义随机算法对象，通过@Bean将其加载到Spring容器中。

    // 该类需要满足：不用@Configuration注释、在组件扫描范围内

    public class CustomLoadBalancerConfig {

     @Bean
 ReactorLoadBalancer<ServiceInstance> randomLoadBalancer(Environment environment,
                                                         LoadBalancerClientFactory loadBalancerClientFactory) {
     String name = environment.getProperty(LoadBalancerClientFactory.PROPERTY_NAME);
     return new RandomLoadBalancer(loadBalancerClientFactory
             .getLazyProvider(name, ServiceInstanceListSupplier.class),
             name);
 }

    }

  2. 添加注解

    @Configuration
    // 添加@LoadBalancerClient注解
    // 可以对不同的服务提供⽅配置不同的客⼾端负载均衡算法策略
    // name：该负载均衡策略对哪个服务生效（服务提供方）
    // configuration：该负载均衡策略用哪个负载均衡策略实现
    @LoadBalancerClient(name = "cloud-consumer-order80", configuration = CustomLoadBalancerConfig.class)
    public class RestTemplateConfig {

     @Bean
 @LoadBalanced
 public RestTemplate restTemplate() {
     return new RestTemplate();
 }

    }

实现原理

SpringCloudLoadBalancer的实现，主要是依赖于LoadBalancerInterceptor来实现的。顾名思义，这是一个拦截器，会拦截RestTemplate远程调用的请求，下述内容具体看源码进行解析：

下述图片是LoadBalancerInteceptor拦截器中的一个类，就算用来进行拦截远程调用请求的。可以看到，在这个类中，第一行代码获取了服务的URI，即http://cloud-provider-product8001。第二行代码是获取URI中的主机，即cloud-provider-product8001。稍后判断一下名字是否存在，存在的话就进去进行负载均衡处理。

点击excute方法之后，先进去一个接口，然后再找到接口的实现类，即如下类。该类中会做一系列的处理，然后又进去一个choose方法。

在chosse方法中，是根据服务名和负载均衡策略，选择处理的服务。首先，会根据服务名找到实现的负载均衡策略，然后根据负载均衡算法，在列表中选择一个服务实例。

对于下面这个方法，再点进去对应的choose方法。

在choose方法点进去之后，就是一个接口，接口对应的实现类则是具体的负载均衡策略，对实现的负载均衡策略感兴趣的可以点进去看看。

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