Nginx学习笔记（七）——Nginx负载均衡

⚖️ Nginx学习笔记（七）------Nginx负载均衡

📌 一、负载均衡核心概念

架构定位：
分发请求分发请求分发请求响应响应响应聚合响应客户端 Nginx负载均衡器后端服务器1 后端服务器2 后端服务器3

✅ 核心价值：

📈 流量分发：将客户端请求均匀分配到多个后端服务器
🛡️ 高可用保障：自动剔除故障节点，保障服务连续性
⚡ 性能扩展：通过增加后端节点提升系统吞吐量
🔄 会话保持：确保用户请求路由到相同后端

⚙️ 二、基础配置语法

核心指令结构：

nginx 复制代码

http {
    # 定义服务器组
    upstream backend_group {
        # 负载均衡策略
        least_conn;
        
        # 服务器配置
        server 192.168.1.101:8080 weight=5; 
        server 192.168.1.102:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server backup.example.com:8080 backup;
    }

    server {
        location / {
            proxy_pass http://backend_group;  # 关键指令
        }
    }
}

关键参数详解：

指令	默认值	作用
`weight`	1	服务器权重（越高分配越多请求）
`max_fails`	1	最大失败次数（触发熔断阈值）
`fail_timeout`	10s	熔断时间（故障节点暂停服务时长）
`backup`	-	标记为备用节点（主节点全宕时启用）
`down`	-	手动标记节点不可用

📊 三、负载均衡策略解析

1️⃣ 轮询策略（Round Robin）

nginx 复制代码

upstream backend {
    # 默认策略，无需显式声明
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

📌 运作机制：
客户端 Nginx 服务器1 服务器2 请求1 转发请求1 响应1 返回响应1 请求2 转发请求2 响应2 返回响应2 客户端 Nginx 服务器1 服务器2

2️⃣ 加权轮询（Weighted Round Robin）

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upstream backend {
    server 192.168.1.101 weight=3;  # 60%流量
    server 192.168.1.102 weight=2;  # 40%流量
}

⚖️ 流量分配公式：

nginx 复制代码

总权重 = 3 + 2 = 5
服务器1概率 = 3/5 = 60%
服务器2概率 = 2/5 = 40%

3️⃣ IP哈希策略（IP Hash）

nginx 复制代码

upstream backend {
    ip_hash;  # 基于客户端IP计算哈希
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

🔐 会话保持原理：

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hash(客户端IP) % 服务器数量 = 固定分配的服务器索引

4️⃣ 最少连接（Least Connections）

nginx 复制代码

upstream backend {
    least_conn;
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

📈 动态调度逻辑：
选择连接数最少的节点新请求检查当前连接数转发请求更新节点连接计数

5️⃣ 随机策略（Random）

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upstream backend {
    random;  # 随机选择后端节点
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

🎲 扩展加权随机：

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upstream backend {
    random two;  # 随机选两个节点再选最优
    server 192.168.1.101 weight=2;
    server 192.168.1.102 weight=1;
}

🩺 四、健康检查机制

双模式检测架构：
基于请求响应定时探测被动检查标记故障节点主动检查恢复可用节点

配置示例：

nginx 复制代码

upstream backend {
    zone backend_zone 64k;  # 共享内存区
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
    
    # 被动检查参数
    max_fails=3;
    fail_timeout=30s;
    
    # 主动检查参数（需nginx-plus）
    health_check interval=5s fails=3 passes=2 uri=/health;
}

健康状态流转：

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UP -> 连续失败max_fails次 -> DOWN
DOWN -> 经过fail_timeout -> 重新探测 -> UP

🧩 五、多场景实战案例

🔄 案例1：多协议负载均衡

nginx 复制代码

# HTTP协议
http {
    upstream web {
        server 192.168.1.101:80;
        server 192.168.1.102:80;
    }
}

# TCP协议（四层负载）
stream {
    upstream db {
        server 192.168.1.201:3306;
        server 192.168.1.202:3306;
    }
}

# UDP协议
stream {
    upstream dns {
        server 192.168.1.211:53;
        server 192.168.1.212:53;
    }
}

🌐 案例2：跨数据中心部署

nginx 复制代码

upstream global {
    # 欧洲集群
    server eu1.example.com weight=3;
    server eu2.example.com weight=3;
    
    # 北美集群
    server us1.example.com weight=2;
    server us2.example.com weight=2;
    
    # 故障转移设置
    server backup.aws.com backup;
}

🧪 案例3：金丝雀发布

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upstream backend {
    # 正式环境（95%流量）
    server prod-v1:8080 weight=95;
    
    # 金丝雀环境（5%流量）
    server canary-v2:8080 weight=5;
    
    # 会话保持（确保测试用户一致性）
    sticky cookie srv_id expires=1h domain=.example.com;
}

🔐 案例4：会话持久化

nginx 复制代码

# 基于Cookie的会话保持
upstream checkout {
    sticky cookie srv_id expires=1h domain=.shop.com path=/;
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

# 基于路由的会话保持
upstream user_service {
    hash $request_uri consistent;  # 相同URI路由到相同节点
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
}

⚠️ 六、常见陷阱与解决方案

❌ 陷阱1：节点雪崩

现象：

某节点故障导致大量请求重试到其他节点，引发连环宕机

解决方案：

nginx 复制代码

# 限制重试次数
proxy_next_upstream_tries 3; 

# 熔断机制
upstream backend {
    server 192.168.1.101 max_conns=100;  # 单节点最大并发
    queue 100 timeout=60s;               # 排队队列设置
}

❌ 陷阱2：会话不一致

现象：

用户多次请求被分发到不同节点导致状态丢失

解决方案：

nginx 复制代码

# 启用会话保持
upstream backend {
    ip_hash; 
    # 或使用 sticky 指令
}

❌ 陷阱3：健康检查失效

现象：

节点实际已故障但未触发熔断

解决方案：

nginx 复制代码

# 调整健康检查敏感度
upstream backend {
    server 192.168.1.101 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    
    # 主动检查（nginx-plus）
    health_check interval=2s fails=1 passes=1;
}

📊 七、监控与调优

关键监控指标：

nginx 复制代码

# 状态接口配置
location /upstream_status {
    stub_status;
    allow 127.0.0.1;
    deny all;
}

监控数据示例：

nginx 复制代码

Active connections: 291 
server accepts handled requests
 119789 119789 119387 
Reading: 6 Writing: 179 Waiting: 106 
Upstream: 2 active, 0 backup
 101.3.3.3:8080 weight=1 fail_timeout=10s max_fails=3 
   active:0 requests:12834 responses:12834 fail:0
 102.4.4.4:8080 weight=1 fail_timeout=10s max_fails=3
   active:1 requests:23912 responses:23912 fail:3

性能调优参数：

nginx 复制代码

events {
    worker_connections 10240;  # 单进程连接数上限
}

http {
    # 连接复用优化
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Connection "";
    
    # 缓冲区优化
    proxy_buffers 16 8k;
    proxy_buffer_size 4k;
}

📚 总结图谱

负载均衡核心策略体系健康检查会话管理性能调优轮询/加权/哈希
最少连接/随机被动检查
主动探测 Cookie保持
URI哈希连接复用
缓冲区优化

🔗 扩展阅读：

Nginx官方负载均衡文档

大规模负载均衡架构设计