HAProxy 技术解析与负载均衡体系梳理

Gss7772025-09-28 8:23

HAProxy 技术解析与负载均衡体系梳理

一、HAProxy 核心技术解析

HAProxy 作为开源领域的高性能代理工具，其设计理念和技术特性使其成为高并发场景的核心组件，以下从本质、优势、运行模型三方面展开

1. 本质与核心能力

HAProxy 是一款用C 语言编写的自由开源软件，核心价值在于 "三位一体" 的功能整合：

  • 高可用性保障：通过后端节点健康检查（如 TCP 端口探测、HTTP 状态码检测）自动剔除故障服务器，同时支持主从备份架构，避免自身单点故障，确保服务持续可用
  • 多层级负载均衡：同时支持 TCP 层（四层）和 HTTP 层（七层）负载均衡，可根据业务需求灵活选择转发策略（如轮询、加权轮询、IP 哈希等）
  • 应用层安全代理：作为前端请求与后端服务器的 "中间层"，可隐藏后端真实 IP，防止服务器直接暴露在公网，降低被攻击风险；同时支持 SSL 卸载（集中处理 HTTPS 加密解密），减轻后端服务器压力

2. 关键优势与适用场景

HAProxy 的特性使其尤其适配高负载、高要求的业务场景：

  • 高并发支撑 ：依托高效的底层设计，在普通硬件上即可稳定支持数万级并发连接，满足电商大促、社交平台高峰流量等场景需求
  • 精细化业务适配：支持 "会话保持"（Sticky Session），通过 Cookie 或 IP 绑定，确保用户同一会话的请求始终转发至同一后端服务器（避免登录状态丢失）；支持七层内容过滤（如按 URL 路径、Host 主机名路由请求）
  • 低资源消耗：C 语言编译的轻量内核，内存占用低（通常仅数 MB），CPU 利用率高，避免资源浪费

其典型适用场景包括：

  • 负载特大的 Web 站点（如 GitHub、Twitter 等流量密集型平台）
  • 需要会话保持、内容路由的服务（如用户中心、API 网关）
  • 需隐藏后端架构、提升安全性的公网服务（如面向用户的 Web 应用）

3. 运行模型：事件驱动单一进程的优劣势

HAProxy 采用事件驱动的单一进程模型，这是其高并发能力的核心，需结合传统多进程 / 多线程模型对比理解：

对比维度 事件驱动单一进程模型 传统多进程 / 多线程模型
资源管理 无内存碎片，无进程间通信开销，资源利用率极高 每个进程 / 线程占用独立内存，系统调度切换开销大
并发处理上限 支持数万级并发，无锁竞争（单进程内事件循环） 受锁限制，通常仅支持数千并发，易出现性能瓶颈
多核适配性 劣势：单一进程无法充分利用多核 CPU，需通过 "CPU 绑定" 优化 优势：可通过多进程 / 线程利用多核，但需解决锁竞争

简言之，该模型的核心是 "用高效的用户空间事件调度，替代操作系统级的进程调度"，从而突破并发瓶颈，但需通过技术优化（如将 HAProxy 进程绑定到不同 CPU 核心）适配多核服务器

4. 行业实践验证

HAProxy 的稳定性和性能已得到全球顶级平台的认可，典型案例包括：

  • 代码托管与技术社区：GitHub、Bitbucket、Stack Overflow
  • 社交与内容平台：Reddit（论坛）、Tumblr（轻博客）、Twitter（社交）
  • 云计算服务：亚马逊网络服务（AWS），用于部分服务的负载均衡与高可用保障

二、负载均衡层级体系与产品对比

负载均衡的 "层级" 对应 OSI 网络模型，不同层级的核心差异在于 "转发依据"，直接决定其性能、灵活性与适用场景，以下按 "二层→三层→四层→七层" 逐一解析

1. 各层级负载均衡核心原理与特性

层级 对应网络层 核心原理 典型产品 适用场景 核心特点
二层（MAC） 数据链路层 配置虚拟 MAC 地址，外部请求指向虚拟 MAC，负载均衡器转发至后端真实 MAC 地址 F5 BIG-IP（硬件）、华为交换机 同一局域网内的服务器集群（无需跨网段） 转发效率极高，仅处理数据链路层帧，无跨网段能力
三层（IP） 网络层 配置虚拟 IP（VIP），外部请求指向 VIP，负载均衡器转发至后端真实 IP 地址 F5 BIG-IP、Linux IPVS（LVS） 跨网段的服务器集群（如不同子网的应用节点） 支持跨网段，仅基于 IP 转发，不区分端口
四层（TCP） 传输层 在三层基础上，结合 "IP + 端口" 转发请求（如将 80 端口请求转发至后端 8080 端口） F5 BIG-IP、LVS、Nginx（1.9+）、HAProxy TCP/UDP 协议服务（如 MySQL、Redis、SSH） 转发效率高，支持端口映射，不解析应用内容
七层（HTTP） 应用层 解析应用层内容（如 URL、Host、Cookie），按规则转发（如/api路径转发至 API 服务器） HAProxy、Nginx、Apache、MySQL Proxy Web 服务、API 网关、需内容路由的场景 灵活性高，支持会话保持、SSL 卸载，解析应用内容导致开销略高

2. HAProxy 在负载均衡体系中的定位

HAProxy 是少数能同时覆盖四层与七层的负载均衡工具，其定位优势体现在：

  • 对比 LVS（纯四层）：HAProxy 支持七层内容解析，可实现 URL 路由、会话保持等精细化功能，灵活性更强
  • 对比 Nginx（以七层为主）：HAProxy 的四层转发性能更优，在高并发会话保持场景下（如电商购物车）稳定性更高
  • 核心适配场景：需要 "四层性能" 与 "七层灵活性" 结合的业务（如高并发 Web 服务、需 SSL 卸载的 HTTPS 应用、多路径路由的 API 网关）

三、总结：HAProxy 与负载均衡选型建议

  1. HAProxy 的核心价值：高并发支撑、多层级负载均衡、安全代理，是高负载 Web 服务与复杂业务场景的优选工具；
  2. 负载均衡层级选型原则：
    • 追求极致性能（如 TCP 服务）：优先选四层负载均衡（LVS、HAProxy 四层模式）
    • 需精细化内容路由（如 Web 服务）：优先选七层负载均衡（HAProxy、Nginx）
    • 局域网内简单转发：可选二层 / 三层负载均衡（硬件交换机、LVS 三层模式）
  3. 实际架构建议：大型系统常采用 "四层 + 七层" 组合（如 LVS 做四层入口，HAProxy/Nginx 做七层路由），兼顾性能与灵活性

示例：

haproxy安装：

配置本地yum仓库，部署httpd

RS1：

复制代码 
[root@rs1 ~]# mount /dev/cdrom /mnt/
mount: /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
[root@rs1 ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@rs1 yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo       CentOS-fasttrack.repo  CentOS-Vault.repo
CentOS-CR.repo         CentOS-Media.repo
CentOS-Debuginfo.repo  CentOS-Sources.repo
[root@rs1 yum.repos.d]# rm -rf *
[root@rs1 yum.repos.d]# vim sy.repo
[aa]
name=aa1
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
~  
[root@rs1 ~]# yum -y install httpd

[root@rs1 ~]# echo RS1 > /var/www/html/index.html
[root@rs1 ~]# systemctl restart httpd
[root@rs1 ~]# systemctl enable httpd
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.

RS2：

复制代码 
[root@rs2 ~]# mount /dev/cdrom /mnt/
mount: /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
[root@rs2 ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@rs2 yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo       CentOS-fasttrack.repo  CentOS-Vault.repo
CentOS-CR.repo         CentOS-Media.repo
CentOS-Debuginfo.repo  CentOS-Sources.repo
[root@rs2 yum.repos.d]# rm -rf *
[root@rs2 yum.repos.d]# vim sy.repo
[aa]
name=aa1
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
~
[root@rs2 ~]# yum -y install httpd

[root@rs2 ~]# echo RS2 > /var/www/html/index.html
[root@rs2 ~]# systemctl restart httpd
[root@rs2 ~]# systemctl enable httpd
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.

server：

复制代码 
[root@server ~]# curl http://192.168.100.20
RS1
[root@server ~]# curl http://192.168.100.30
RS2

server：（配置本地yum仓库）

复制代码 
[root@server ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@server yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo       CentOS-fasttrack.repo  CentOS-Vault.repo
CentOS-CR.repo         CentOS-Media.repo
CentOS-Debuginfo.repo  CentOS-Sources.repo
[root@server yum.repos.d]# rm -rf *
[root@server yum.repos.d]# vim sy.repo
[aa]
name=aa1
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
~
[root@server yum.repos.d]# mount /dev/cdrom /mnt/
mount: /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only

安装编译环境：

server：

复制代码 
[root@server ~]# yum -y install make gcc pcre-devel bzip2-devel openssl-devel systemd-devel gcc-c++ zlib-devel lua

创建haproxy用户：

复制代码 
[root@server ~]# useradd -r -M -s /sbin/nologin haproxy

上传压缩包：

复制代码 
[root@server ~]# rz -E
rz waiting to receive.
[root@server ~]# ls
anaconda-ks.cfg  Downloads             Music     Templates
Desktop          haproxy-2.1.3.tar.gz  Pictures  Videos
Documents        initial-setup-ks.cfg  Public

解压和安装：

复制代码 
[root@server ~]# tar -xzvf haproxy-2.1.3.tar.gz 
[root@server ~]# ls
anaconda-ks.cfg  haproxy-2.1.3         Pictures
Desktop          haproxy-2.1.3.tar.gz  Public
Documents        initial-setup-ks.cfg  Templates
Downloads        Music                 Videos
[root@server ~]# cd haproxy-2.1.3/
[root@server haproxy-2.1.3]# make clean
[root@server haproxy-2.1.3]# make -j $(grep 'processor' /proc/cpuinfo |wc -l)  \
> TARGET=linux-glibc  \
> USE_OPENSSL=1  \
> USE_ZLIB=1  \
> USE_PCRE=1  \
> USE_SYSTEMD=1
....
[root@server haproxy-2.1.3]# make install PREFIX=/usr/local/haproxy
....
[root@server haproxy-2.1.3]# cp haproxy  /usr/sbin/

设置Linux内核参数：

复制代码 
[root@server haproxy-2.1.3]# vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
~ 
[root@server haproxy-2.1.3]# sysctl -p
net.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1
net.ipv4.ip_forward = 1

配置haproxy服务：

复制代码 
[root@server haproxy-2.1.3]# mkdir /etc/haproxy
[root@server haproxy-2.1.3]# vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
    log 127.0.0.1 local0  info
    #log loghost local0 info
    maxconn 20480
#chroot /usr/local/haproxy
    pidfile /var/run/haproxy.pid
    #maxconn 4000
    user haproxy
    group haproxy
    daemon
#---------------------------------------------------------------------
#common defaults that all the 'listen' and 'backend' sections will
#use if not designated in their block
#---------------------------------------------------------------------
defaults
    mode http
    log global
    option dontlognull
    option httpclose
    option httplog
    #option forwardfor
    option redispatch
    balance roundrobin
    timeout connect 10s
    timeout client 10s
    timeout server 10s
    timeout check 10s
    maxconn 60000
    retries 3
#--------------统计页面配置------------------
listen admin_stats
    bind 0.0.0.0:8189
    stats enable
    mode http
    log global
    stats uri /haproxy_stats
    stats realm Haproxy\ Statistics
    stats auth admin:admin
    #stats hide-version
    stats admin if TRUE
    stats refresh 30s
#---------------web设置-----------------------
listen webcluster
    bind 0.0.0.0:80
    mode http
    #option httpchk GET /index.html
    log global
    maxconn 3000
    balance roundrobin
    cookie SESSION_COOKIE insert indirect nocache
server rs1 192.168.100.20:80 check
server rs2 192.168.100.30:80 check

启动haproxy，配置haproxy.service服务单元文件：

复制代码 
[root@server ~]# vim /usr/lib/systemd/system/haproxy.service
[Unit]
Description=HAProxy Load Balancer
After=syslog.target network.target

[Service]
ExecStartPre=/usr/local/haproxy/sbin/haproxy -f /etc/haproxy/haproxy.cfg   -c -q
ExecStart=/usr/local/haproxy/sbin/haproxy -Ws -f /etc/haproxy/haproxy.cfg  -p /var/run/haproxy.pid
ExecReload=/bin/kill -USR2 $MAINPID

[Install]
WantedBy=multi-user.target
~    
[root@server ~]# systemctl daemon-reload

配置日志信息：

复制代码 
[root@server ~]# vim /etc/rsyslog.conf
....
# Don't log private authentication messages!
*.info;mail.none;authpriv.none;cron.none                /var/log/messages
local0.*        /var/log/haproxy.log

# The authpriv file has restricted access.
....
[root@server ~]# systemctl restart rsyslog
[root@server ~]# systemctl enable rsyslog
[root@server ~]# systemctl restart haproxy
[root@server ~]# systemctl enable haproxy
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/haproxy.service to /usr/lib/systemd/system/haproxy.service.

刷新：

密码：admin

状态信息

配置文件解析：

haproxy 的配置文件由两部分组成：全局设定和对代理的设定，共分为五段：global，defaults，frontend，backend，listen

global: 全局配置，主要用于定义全局参数，属于进程级的配置，通常和操作系统配置有关

default: 配置默认参数，这些参数可以被用到frontend，backend，Listen组件

frontend：接收请求的前端虚拟节点，frontend可以指定具体使用后端的backend

backend : 后端服务集群的配置，真实服务器，一个backend对应一个或者多个实体服务器

listen: fronted和backend的组合体，比如haproxy实例状态监控部分配置。Haproxy1.3之前的唯一配置方式。

时间格式：

一些包含了值的参数表示时间，如超时时长。这些值一般以毫秒为单位，但也可以使用其它的时间单位后缀

us: 微秒(microseconds)，即1/1000000秒

ms: 毫秒(milliseconds)，即1/1000秒

s: 秒(seconds)

m: 分钟(minutes)

h：小时(hours)

d: 天(days)

全局global配置：

global

​ log 127.0.0.1 local0 info //定义haproxy日志输出设置

​ #log loghost local0 info //定义haproxy日志级别

​ maxconn 20480 //定义最大连接数

#chroot /usr/local/haproxy //chroot运行路径

​ pidfile /var/run/haproxy.pid //haproxy进程PID文件

​ #maxconn 4000

​ user haproxy //运行haproxy用户，可用uid代替

​ group haproxy //运行haproxy用户组，可用gid代替

daemon //以后台形式运行haproxy

级别 代码 描述
energ 0 系统不可用
alert 1 必须马上采取行动的事件
crit 2 关键的事件
err 3 错误事件
warning 4 警告事件
notice 5 普通但重要的事件
info 6 有用的信息
debug 7 调试信息

defaults配置：

用于设置配置默认参数，这些参数可以被用到frontend，backend，listen组件

在此部分中设置的参数值，默认会自动引用到下面的frontend、backend、listen部分中。如果某些参数属于公用的配置，只需要在defaults部分添加一次即可。而如果frontend、backend、listen部分也配置了与defaults部分一样的参数，defaults部分参数对应的值自动被覆盖

defaults

​ mode http //所处理的类别（7层代理http，4层代理tcp）

​ log global //引入global定义的日志格式

​ option dontlognull //不记录健康检查日志信息

​ option httpclose //每次请求完毕后主动关闭http通道,haproxy不支持keep-alive模式

​ option httplog //日志类别为http日志格式

​ #option forwardfor //如果后端服务器需要获取客户端的真实ip，需要配置的参数，可以从http header中获取客户端的ip

​ option redispatch

​ balance roundrobin //设置默认负载均衡方式，轮询方式

​ timeout connect 10s //默认连接超时时间

​ timeout client 10s //默认客户端超时时间

​ timeout server 10s //默认服务器超时时间

​ timeout check 10s //设置超时检查超时时间

​ maxconn 60000 //最大连接数

​ retries 3 //3次连接失败就认为服务器不可用，也可以通过后面设置

mode http：设置haproxy的运行模式，有三种｛http|tcp|health｝。注意：如果haproxy中还要使用4层的应用（mode tcp）的话，不建议在此定义haproxy的运行模式

tcp模式：在此模式下，客户端和服务器端之前将建立一个全双工的连接，不会对七层报文做任何检查，默认为tcp模式，经常用于SSL、SSH、SMTP等应用

http模式：在此模式下，客户端请求在转发至后端服务器之前将会被深度分板，所有不与RFC格式兼容的请求都会被拒绝

health：已基本不用了

frontend配置：

frontend是在haproxy 1.3版本以后才引入的一个组件，同时引入的还有backend组件。通过引入这些组件，在很大程度上简化了haproxy配置文件的复杂性。forntend可以根据ACL规则直接指定要使用的后端backend

如：

frontend http_80_in

bind 0.0.0.0:80 //设置侦听端口，即haproxy提供的web服务端口，和lvs的vip类似

mode http

log global

​ option httpclose

​ option httplog

option forwardfor

default_backend wwwpool //设置请求默认转发的后端服务池

backend配置：

用来定义后端服务集群的配置，真实服务器，一个Backend对应一个或者多个实体服务器

backend wwwpool //定义wwwpool服务器组

mode http

option redispath

option abortonclose

balancer source //负载均衡的方式，源哈希算法

cookie SERVERID //允许插入serverid到cookie中，serverid后面可以定义

option httpdchk GET /test.html //心跳测试

server web1 10.1.1.2:80 cookie 2 weight 3 check inter 2000 rise 2 fall 3 maconn 8

listen配置：

常常用于状态页面监控，以及后端server检查，是Fronted和backend的组合体

listen admin_stats //frontend和backend的组合体，监控组的名称，按需自定义名称

​ bind 0.0.0.0:8189 //侦听端口

​ stats enable //开启监控

​ mode http

​ log global

​ stats uri /haproxy_stats //监控页面的url访问路径

​ stats realm Haproxy\ Statistics //监控页面的提示信息

​ stats auth admin:admin //监控页面的用户和密码

​ #stats hide-version //隐藏统计页面上的haproxy版本信息

​ stats admin if TRUE //手工启用/禁用，后端服务器haproxy

2 fall 3 maconn 8

listen配置：

常常用于状态页面监控，以及后端server检查，是Fronted和backend的组合体

listen admin_stats //frontend和backend的组合体，监控组的名称，按需自定义名称

​ bind 0.0.0.0:8189 //侦听端口

​ stats enable //开启监控

​ mode http

​ log global

​ stats uri /haproxy_stats //监控页面的url访问路径

​ stats realm Haproxy\ Statistics //监控页面的提示信息

​ stats auth admin:admin //监控页面的用户和密码

​ #stats hide-version //隐藏统计页面上的haproxy版本信息

​ stats admin if TRUE //手工启用/禁用，后端服务器haproxy

​ stats refresh 30s //每个30秒自动刷新监控页面

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