负载均衡器ribbon和LoadBalancer

客户端负载均衡器

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。

大白话就是：服务端负载均衡就是客户端不知道服务提供方的地址，请求到了服务器后，再根据服务端配置的ip进行负载均衡。客户端负载均衡就是客户端要调用服务端，从注册中心获取到服务提供方的所有实例的ip地址，然后再进行负载均衡。

1.1 客户端的负载均衡

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。

1.2 服务端的负载均衡

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。

1.3 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;
• 轮训，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型，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。 最小活跃数

环境说明

		<spring.cloud.alibaba.version>2021.0.4.0</spring.cloud.alibaba.version>
		<spring.boot.version>2.6.11</spring.boot.version>
		<spring.cloud.version>2021.0.4</spring.cloud.version>

在这个版本中ribbon已经移除，所以ribbon相关示例并未进行测试

ribbon和LoadBalancer介绍

LoadBalancer ： https://docs.spring.io/spring-cloud-commons/docs/3.1.5/reference/html/#spring-cloud-loadbalancer

ribbon:https://docs.spring.io/spring-cloud-netflix/docs/2.2.9.RELEASE/reference/html/#spring-cloud-ribbon

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LoadBalancer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。

Netflix Ribbon已经闭源了，所以spring官方自己开发了客户端负载均衡器 spring-cloud-loadbalancer，属于Spring Cloud Common的一部分，但是就实现的负载均衡算法而言，Ribbon实现更为丰富。

ribbon只支持RestTemplate， spring-cloud-loadbalancer支持RestTemplate和WebClient

RestTemplate

RestTemplate是Spring提供的用于访问Rest服务的客户端，RestTemplate提供了多种便捷访问远程Http服务的方法，能够大大提高客户端的编写效率。默认情况下，RestTemplate默认依赖jdk的HTTP连接工具。

WebClient

WebClient是从Spring WebFlux 5.0版本开始提供的一个非阻塞的基于响应式编程的进行Http请求的客户端工具。它的响应式编程的基于Reactor的。WebClient中提供了标准Http请求方式对应的get、post、put、delete等方法，可以用来发起相应的请求。

ribbon使用示例

由于Spring Cloud 2020.0开始已经移除了ribbon,这里可能需要单独引入，不建议，仅做演示用

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
            <version>2.2.9.RELEASE</version>
        </dependency>

基础示例

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


@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    @Value("${spring.application.name}")
    private String appName;

//    http://localhost:8005/nacos-consumer/order/add
    @RequestMapping("/add")
    public String add() {
        System.out.println("下单成功!");
        String msg = restTemplate.getForObject("http://nacos-producer/nacos-producer/product/123", String.class);
        return "Hello World"+msg;
    }

}

然后就报错了，算了，以下关于ribbon的示例均未测试，需要切换版本

ribbon负载均衡策略

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

AbstractLoadBalancerRule是一个抽象类，里边主要定义了一个ILoadBalancer，这里定义它的目的主要是辅助负责均衡策略选取合适的服务端实例。

RandomRule

看名字就知道，这种负载均衡策略就是随机选择一个服务实例，看源码我们知道，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

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。

RetryRule（在轮询的基础上进行重试）

看名字就知道这种负载均衡策略带有重试功能。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。

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）**

WeightedResponseTimeRule是RoundRobinRule的一个子类，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。

ClientConfigEnabledRoundRobinRule

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，不赘述。

BestAvailableRule

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。

修改默认的负载均衡策略

全局配置

放置在srpingbootApplication 启动类可以扫描到的地方

@Configuration
public class RibbonConfig {

    /**
     * 全局配置
     * 指定负载均衡策略
     * @return
     */
    @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();
        }

局部配置，

单独针对某个服务设置单独的负载均衡策略，不能写在@SpringbootApplication注解的@CompentScan扫描得到的地方，然后通过@RibbonClient注解指定对应服务的配置类

@SpringBootApplication
@Slf4j
@RibbonClient(name = "nacos-producer",configuration = RibbonRandomRuleConfig.class)
//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
/*@RibbonClients(value = {
        // 在SpringBoot主程序扫描的包外定义配置类
        @RibbonClient(name = "mall-order",configuration = RibbonConfig.class),
        @RibbonClient(name = "mall-account",configuration = RibbonConfig.class)
})*/
public class RibbonAndLoadbalancerApplication {


    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(RibbonAndLoadbalancerApplication.class, args);
        log.info("{} startup success", "RibbonAndLoadbalancerApplication");

    }
}

目录层级如下

配置文件

调用指定微服务提供的服务时，使用对应的负载均衡算法
修改application.yml

# 被调用的微服务名，还可以指定是否请求重试，超时时间等
nacos-producer:
  ribbon:
    # 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）
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule

3.2.2 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

@Slf4j
public class NacosRandomWithWeightRule extends AbstractLoadBalancerRule {

    @Autowired
    private NacosDiscoveryProperties nacosDiscoveryProperties;

    @Override
    public Server choose(Object key) {
        DynamicServerListLoadBalancer loadBalancer = (DynamicServerListLoadBalancer) getLoadBalancer();
        String serviceName = loadBalancer.getName();
        NamingService namingService = nacosDiscoveryProperties.namingServiceInstance();
        try {
            //nacos基于权重的算法
            Instance instance = namingService.selectOneHealthyInstance(serviceName);
            return new NacosServer(instance);
        } catch (NacosException e) {
            log.error("获取服务实例异常：{}", e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    @Override
    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {

    }

3.3 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。

开启饥饿加载，解决第一次调用慢的问题

ribbon:
  eager-load:
    # 开启ribbon饥饿加载
    enabled: true
    # 配置mall-user使用ribbon饥饿加载，多个使用逗号分隔
    clients: nacos-producer

​

源码对应属性配置类：RibbonEagerLoadProperties

LoadBalancer

RestTemplate整合LoadBalancer

1）引入依赖

# 当前版本只需要引入依赖即可
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-loadbalancer</artifactId>
        </dependency>
        
        
<!--  # springCloud 2020之前的版本还需要排除ribbon依赖 -->
<!-- nacos服务注册与发现  移除ribbon支持-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>

注意： nacos-discovery中引入了ribbon，需要移除ribbon的包

如果不移除，也可以在yml中配置不使用ribbon

原理：默认情况下，如果同时拥有RibbonLoadBalancerClient和BlockingLoadBalancerClient，为了保持向后兼容性，将使用RibbonLoadBalancerClient。可以设置spring.cloud.loadbalancer.ribbon.enabled属性为false。

至少我使用的2021版本不存在这个问题

RestTemplate基础示例

和ribbon示例一致，

WebClient端示例

@Configuration
public class MyConfiguration {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public WebClient.Builder loadBalancedWebClientBuilder() {
        return WebClient.builder();
    }
}

public class MyClass {
    @Autowired
    private WebClient.Builder webClientBuilder;

    public Mono<String> doOtherStuff() {
        return webClientBuilder.build().get().uri("http://stores/stores")
                        .retrieve().bodyToMono(String.class);
    }
}

设置负载均衡策略

就像ribbon设置其负载均衡策略一样，LoadBalancer是这么设置的，不过其实现负载均衡器RandomLoadBalancer和RoundRobinLoadBalancer （轮训，默认），其他负载均衡器需要自行实现

作为@LoadBalancerClient` 和 @LoadBalancerClientss配置参数传递的类不应使用@configuration进行注释，或者不在组件扫描范围内。

public class CustomLoadBalancerConfiguration {

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

@Configuration
@LoadBalancerClients({@LoadBalancerClient(value = "stores", configuration = StoresLoadBalancerClientConfiguration.class), @LoadBalancerClient(value = "customers", configuration = CustomersLoadBalancerClientConfiguration.class)})
public class MyConfiguration {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public WebClient.Builder loadBalancedWebClientBuilder() {
        return WebClient.builder();
    }
}

@Configuration
@LoadBalancerClient(value = "stores", configuration = CustomLoadBalancerConfiguration.class)
public class MyConfiguration {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public WebClient.Builder loadBalancedWebClientBuilder() {
        return WebClient.builder();
    }
}

配置文件配置

spring:
  cloud:
    loadbalancer:
      health-check:
        initial-delay: 1s
      clients:
        myclient:
          health-check:
            interval: 30s

Nacos关于客户端负载均衡使用相关说明

在springcloud之前2020之前的版本中，spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery 有NacosRule来支持其服务端配置的权重配置，而NacosRule是继承自ribbon的 IRule，移除之后，为了支持其服务端配置，于是有了NacosLoadBalancer

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