1. 简介

1.1 认识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Load Balancer 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。

1.2 集中式负载均衡

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。
负载均衡器Ribbon - 图1

1.3 客户端负载均衡

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。
负载均衡器Ribbon - 图2

1.4 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;
  • 轮询：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析，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。

    2. Nacos使用Ribbon

    nacso 默认的负载均衡使用的是 ribbon，负载均衡的方式是轮询。

nacos-discovery 依赖默认集成了 ribbon，可以不用再引入这个依赖。
image.png
1、添加 @LoadBalanced 注解。

  1. @Configuration
  2. public class RestConfig {
  3.     @Bean
  4.     @LoadBalanced
  5.     public RestTemplate restTemplate() {
  6.         return new RestTemplate();
  7.     }
  8. }

2、修改 controller 方法，通过服务名称访问。

  1. @Autowired
  2. private RestTemplate restTemplate;
  4. @RequestMapping(value = "/findOrderByUserId/{id}")
  5. public R  findOrderByUserId(@PathVariable("id") Integer id) {
  6.     // RestTemplate调用
  7.     //String url = "http://localhost:8020/order/findOrderByUserId/"+id;
  8.     // 添加@LoadBalanced
  9.     String url = "http://mall-order/order/findOrderByUserId/"+id;
  10.     R result = restTemplate.getForObject(url,R.class);
  12.     return result;
  13. }

3. Ribbon负载均衡策略

3.1 继承图

image.png
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：是一个抽象类，里边主要定义了一个 ILoadBalancer，定义它的目的是辅助负责均衡策略选取合适的服务端实例。

    • RandomRule：随机选择一个服务实例，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：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。
      • 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）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。
    • RetryRule（在轮询的基础上进行重试）。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。

    • 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。

      • 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。

        3.2 修改默认负载均衡策略

        3.2.1 配置类方式

        1、修改配置类： ```java @Configuration public class RestConfig { @Bean @LoadBalanced public RestTemplate restTemplate() { return new RestTemplate(); }

      @Bean 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(); } }

      1. **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。
      2. <a name="cfZoz"></a>
      3. ### 3.2.2 yml方式
      4. 调用指定微服务提供的服务时，使用对应的负载均衡算法<br />1、修改application.yml
      5. ```yaml
      6. # 被调用的微服务名
      7. mall-order:
      8. ribbon:
      9. # 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）
      10. NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule

      2、利用 @RibbonClient 指定微服务及其负载均衡策略。

      1. @SpringBootApplication(exclude = {DataSourceAutoConfiguration.class,DruidDataSourceAutoConfigure.class})
      2. //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
      3. @RibbonClients(value = {
      4. // 在SpringBoot主程序扫描的包外定义配置类
      5. @RibbonClient(name = "mall-order",configuration = RibbonConfig.class),
      6. @RibbonClient(name = "mall-account",configuration = RibbonConfig.class)    
      7. })
      8. public class MallUserRibbonDemoApplication {
      10. public static void main(String[] args) {
      11.    SpringApplication.run(MallUserRibbonDemoApplication.class, args);
      12. }
      13. }

      3.3 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。

1、实现基于 Nacos 权重的负载均衡策略。

  1. @Slf4j
  2. public class NacosRandomWithWeightRule extends AbstractLoadBalancerRule {
  4.     @Autowired
  5.     private NacosDiscoveryProperties nacosDiscoveryProperties;
  7.     @Override
  8.     public Server choose(Object key) {
  9.         DynamicServerListLoadBalancer loadBalancer = (DynamicServerListLoadBalancer) getLoadBalancer();
  10.         String serviceName = loadBalancer.getName();
  11.         NamingService namingService = nacosDiscoveryProperties.namingServiceInstance();
  12.         try {
  13.             //nacos基于权重的算法
  14.             Instance instance = namingService.selectOneHealthyInstance(serviceName);
  15.             return new NacosServer(instance);
  16.         } catch (NacosException e) {
  17.             log.error("获取服务实例异常：{}", e.getMessage());
  18.             e.printStackTrace();
  19.         }
  20.         return null;
  21.     }
  22.     @Override
  23.     public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {
  25.     }
  26. }

2、配置自定义的策略。

  1. 修改application.yml
  2. # 被调用的微服务名
  3. mall-order:
  4.   ribbon:
  5.     # 自定义的负载均衡策略（基于随机&权重）
  6.     NFLoadBalancerRuleClassName: com.tuling.mall.ribbondemo.rule.NacosRandomWithWeightRule

3.4 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。
负载均衡器Ribbon - 图5
开启饥饿加载，解决第一次调用慢的问题，源码对应属性配置类：RibbonEagerLoadProperties。

  1. ribbon:
  2.   eager-load:
  3.     # 开启ribbon饥饿加载
  4.     enabled: true
  5.     # 配置mall-user使用ribbon饥饿加载，多个使用逗号分隔
  6.     clients: mall-order

测试：
负载均衡器Ribbon - 图6

4. Ribbon内核原理

负载均衡器Ribbon - 图7