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* [一、负载均衡 ](#一负载均衡 )
* [算法实现 ](#算法实现 )
* [转发实现 ](#转发实现 )
* [二、集群下的 Session 管理 ](#二集群下的-session-管理 )
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* [Sticky Session ](#sticky-session )
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* [Session Replication ](#session-replication )
* [Session Server ](#session-server )
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# 一、负载均衡
集群中的应用服务器通常被设计成无状态，用户可以请求任何一个节点（应用服务器）。
负载均衡器会根据集群中每个节点的负载情况，将用户请求转发到合适的节点上。
负载均衡器可以用来实现高可用以及伸缩性：
- 高可用：当某个节点故障时，负载均衡器不会将用户请求转发到该节点上，从而保证所有服务持续可用；
- 伸缩性：可以很容易地添加移除节点。
负载均衡运行过程包含两个部分：
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1. 根据负载均衡算法得到请求转发的节点；
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2. 将请求进行转发；
## 算法实现
### 1. 轮询（ ）
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轮询算法把每个请求轮流发送到每个服务器上。
下图中，一共有 6 个客户端产生了 6 个请求，这 6 个请求按 (1, 2, 3, 4, 5, 6) 的顺序发送。最后，(1, 3, 5) 的请求会被发送到服务器 1，
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< div align = "center" > < img src = "../pics//2766d04f-7dad-42e4-99d1-60682c9d5c61.jpg" / > < / div > < br >
该算法比较适合每个服务器的性能差不多的场景，如果有性能存在差异的情况下，那么性能较差的服务器可能无法承担过大的负载（下图的 Server 2）
< div align = "center" > < img src = "../pics//f7ecbb8d-bb8b-4d45-a3b7-f49425d6d83d.jpg" / > < / div > < br >
### 2. 加权轮询（ ）
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加权轮询是在轮询的基础上，根据服务器的性能差异，为服务器赋予一定的权值，性能高的服务器分配更高的权值。
例如下图中，服务器 1 被赋予的权值为 5， ， ，
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< div align = "center" > < img src = "../pics//211c60d4-75ca-4acd-8a4f-171458ed58b4.jpg" / > < / div > < br >
### 3. 最少连接（ ）
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由于每个请求的连接时间不一样，使用轮询或者加权轮询算法的话，可能会让一台服务器当前连接数过大，而另一台服务器的连接过小，造成负载不均衡。
例如下图中，(1, 3, 5) 请求会被发送到服务器 1， ； ，
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< div align = "center" > < img src = "../pics//3b0d1aa8-d0e0-46c2-8fd1-736bf08a11aa.jpg" / > < / div > < br >
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最少连接算法就是将请求发送给当前最少连接数的服务器上。
例如下图中，服务器 1 当前连接数最小，那么新到来的请求 6 就会被发送到服务器 1 上。
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< div align = "center" > < img src = "../pics//1f4a7f10-52b2-4bd7-a67d-a9581d66dc62.jpg" / > < / div > < br >
### 4. 加权最少连接（ ）
在最少连接的基础上，根据服务器的性能为每台服务器分配权重，再根据权重计算出每台服务器能处理的连接数。
< div align = "center" > < img src = "../pics//44edefb7-4b58-4519-b8ee-4aca01697b78.jpg" / > < / div > < br >
### 5. 随机算法（ ）
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把请求随机发送到服务器上。
和轮询算法类似，该算法比较适合服务器性能差不多的场景。
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< div align = "center" > < img src = "../pics//0ee0f61b-c782-441e-bf34-665650198ae0.jpg" / > < / div > < br >
### 6. 源地址哈希法 (IP Hash)
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源地址哈希通过对客户端 IP 计算哈希值之后，再对服务器数量取模得到目标服务器的序号。
可以保证同一 IP 的客户端的请求会转发到同一台服务器上， （ ）
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< div align = "center" > < img src = "../pics//2018040302.jpg" / > < / div > < br >
## 转发实现
### 1. HTTP 重定向
HTTP 重定向负载均衡服务器使用某种负载均衡算法计算得到服务器的 IP 地址之后，将该地址写入 HTTP 重定向报文中，状态码为 302。客户端收到重定向报文之后，
缺点：
- 需要两次请求，因此访问延迟比较高；
- HTTP 负载均衡器处理能力有限，会限制集群的规模。
该负载均衡转发的缺点比较明显，实际场景中很少使用它。
< div align = "center" > < img src = "../pics//c5f611f0-fd5c-4158-9003-278141136e6e.jpg" / > < / div > < br >
### 2. DNS 域名解析
在 DNS 解析域名的同时使用负载均衡算法计算服务器地址。
优点：
- DNS 能够根据地理位置进行域名解析，返回离用户最近的服务器 IP 地址。
缺点：
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- 由于 DNS 具有多级结构，每一级的域名记录都可能被缓存，当下线一台服务器需要修改 DNS 记录时，需要过很长一段时间才能生效。
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大型网站基本使用了 DNS 做为第一级负载均衡手段，然后在内部使用其它方式做第二级负载均衡。也就是说，域名解析的结果为内部的负载均衡服务器 IP 地址。
< div align = "center" > < img src = "../pics//76a25fc8-a579-4d7c-974b-7640b57fbf39.jpg" / > < / div > < br >
### 3. 反向代理服务器
首先了解一下正向代理与反向代理的区别：
- 正向代理：发生在客户端，是由用户主动发起的。比如翻墙，客户端通过主动访问代理服务器，让代理服务器获得需要的外网数据，然后转发回客户端；
- 反向代理：发生在服务器端，用户不知道代理的存在。
反向代理服务器位于源服务器前面，用户的请求需要先经过反向代理服务器才能到达源服务器。反向代理可以用来进行缓存、日志记录等，同时也可以用来做为负载均衡服务器。
在这种负载均衡转发方式下，客户端不直接请求源服务器，因此源服务器不需要外部 IP 地址，而反向代理需要配置内部和外部两套 IP 地址。
优点：
- 与其它功能集成在一起，部署简单。
缺点：
- 所有请求和响应都需要经过反向代理服务器，它可能会成为性能瓶颈。
### 4. 网络层
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在操作系统内核进程获取网络数据包，根据负载均衡算法计算源服务器的 IP 地址，并修改请求数据包的目的 IP 地址，最后进行转发。
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源服务器返回的响应也需要经过负载均衡服务器，通常是让负载均衡服务器同时作为集群的网关服务器来实现。
优点：
- 在内核进程中进行处理，性能比较高。
缺点：
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- 和反向代理一样，所有的请求和响应都经过负载均衡服务器，会成为性能瓶颈。
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### 5. 链路层
在链路层根据负载均衡算法计算源服务器的 MAC 地址，并修改请求数据包的目的 MAC 地址，并进行转发。
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通过配置源服务器的虚拟 IP 地址和负载均衡服务器的 IP 地址一致，从而不需要修改 IP 地址就可以进行转发。也正因为 IP 地址一样，所以源服务器的响应不需要转发回负载均衡服务器，直接转发给客户端，避免了负载均衡服务器的成为瓶颈。这是一种三角传输模式，被称为直接路由，对于提供下载和视频服务的网站来说，直接路由避免了大量的网络传输数据经过负载均衡服务器。
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这是目前大型网站使用最广负载均衡转发方式，在 Linux 平台可以使用的负载均衡服务器为 LVS（ ）
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参考：
- [Comparing Load Balancing Algorithms ](http://www.jscape.com/blog/load-balancing-algorithms )
- [Redirection and Load Balancing ](http://slideplayer.com/slide/6599069/# )
# 二、集群下的 Session 管理
一个用户的 Session 信息如果存储在一个服务器上，那么当负载均衡器把用户的下一个请求转发到另一个服务器，由于服务器没有用户的 Session 信息，那么该用户就需要重新进行登录等操作。
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## Sticky Session
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需要配置负载均衡器，使得一个用户的所有请求都路由到同一个服务器，这样就可以把用户的 Session 存放在该服务器中。
缺点：
- 当服务器宕机时，将丢失该服务器上的所有 Session。
< div align = "center" > < img src = "../pics//MultiNode-StickySessions.jpg" / > < / div > < br >
## Session Replication
在服务器之间进行 Session 同步操作，每个服务器都有所有用户的 Session 信息，因此用户可以向任何一个服务器进行请求。
缺点：
- 占用过多内存；
- 同步过程占用网络带宽以及服务器处理器时间。
< div align = "center" > < img src = "../pics//MultiNode-SessionReplication.jpg" / > < / div > < br >
## Session Server
使用一个单独的服务器存储 Session 数据，可以使用 MySQL，
优点：
- 为了使得大型网站具有伸缩性， ，
缺点：
- 需要去实现存取 Session 的代码。
< div align = "center" > < img src = "../pics//MultiNode-SpringSession.jpg" / > < / div > < br >
参考：
- [Session Management using Spring Session with JDBC DataStore ](https://sivalabs.in/2018/02/session-management-using-spring-session-jdbc-datastore/ )
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