Java开发使用高并发高性能解决负载均衡问题?

大型网站,比如门户网站。在面对大量用户访问、高并发请求方面,基本的解决方案集中在这样几个环节:使用高性能的服务器、高性能的数据库、高效率的编程语言、还有高性能的Web容器。但是除了这几个方面,还没法根本解决大型网站面临的高负载和高并发问题。

负载均衡(Load Balancing) 负载均衡建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

一,负载均衡组件

1.1、apache

它是Apache软件基金会的一个开放源代码的跨平台的网页服务器,属于老牌的web服务器了,支持基于Ip或者域名的虚拟主机,支持代理服务器,支持安全Socket层(SSL)等等,目前互联网主要使用它做静态资源服务器,也可以做代理服务器转发请求(如:图片链等),结合tomcat等servlet容器处理jsp。

1.2、ngnix

俄罗斯人开发的一个高性能的 HTTP和反向代理服务器。由于Nginx 超越 Apache 的高性能和稳定性,使得国内使用 Nginx 作为 Web 服务器的网站也越来越多,其中包括新浪博客、新浪播客、网易新闻、腾讯网、搜狐博客等门户网站频道等,在3w以上的高并发环境下,ngnix处理能力相当于apache的10倍。

参考:apache和tomcat的性能分析和对比(http://blog.s135.com/nginx_php_v6/)

1.3、lvs

Linux Virtual Server的简写,意即Linux虚拟服务器,是一个虚拟的服务器集群系统。由毕业于国防科技大学的章文嵩博士于1998年5月创立,可以实现LINUX平台下的简单负载均衡。了解更多,访问官网:http://zh.linuxvirtualserver.org/。

1.4、HAProxy

HAProxy提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理,支持虚拟主机,它是免费、快速并且可靠的一种解决方案。HAProxy特别适用于那些负载特大的web站点, 这些站点通常又需要会话保持或七层处理。HAProxy运行在当前的硬件上,完全可以支持数以万计的并发连接。并且它的运行模式使得它可以很简单安全的整合进您当前的架构中, 同时可以保护你的web服务器不被暴露到网络上.

1.5、keepalived

这里说的keepalived不是apache或者tomcat等某个组件上的属性字段,它也是一个组件,可以实现web服务器的高可用(HA high availably)。它可以检测web服务器的工作状态,如果该服务器出现故障被检测到,将其剔除服务器群中,直至正常工作后,keepalive会自动检测到并加入到服务器群里面。实现主备服务器发生故障时ip瞬时无缝交接。它是LVS集群节点健康检测的一个用户空间守护进程,也是LVS的引导故障转移模块(director failover)。Keepalived守护进程可以检查LVS池的状态。如果LVS服务器池当中的某一个服务器宕机了。keepalived会通过一 个setsockopt呼叫通知内核将这个节点从LVS拓扑图中移除。

1.6、memcached

它是一个高性能分布式内存对象缓存系统。当初是Danga Interactive为了LiveJournal快速发展开发的系统,用于对业务查询数据缓存,减轻数据库的负载。其守护进程(daemon)是用C写的,但是客户端支持几乎所有语言(客户端基本上有3种版本[memcache client for java;spymemcached;xMecache]),服务端和客户端通过简单的协议通信;在memcached里面缓存的数据必须序列化。

1.7、terracotta

是一款由美国Terracotta公司开发的著名开源Java集群平台。它在JVM与Java应用之间实现了一个专门处理集群功能的抽象层,允许用户在不改变系统代码的情况下实现java应用的集群。支持数据的持久化、session的复制以及高可用(HA)。

二,什么是负载均衡 Jia-qun-( 860-170-416 )-跟各位大神一起沟通交流学习!

当一台服务器的性能达到极限时,我们可以使用服务器集群来提高网站的整体性能。那么,在服务器集群中,需要有一台服务器充当调度者的角色,用户的所有请求都会首先由它接收,调度者再根据每台服务器的负载情况将请求分配给某一台后端服务器去处理。

那么在这个过程中,调度者如何合理分配任务,保证所有后端服务器都将性能充分发挥,从而保持服务器集群的整体性能最优,这就是负载均衡问题。

下面详细介绍负载均衡的二种实现方式。

1,DNS负载均衡

DNS是什么?

在了解DNS负载均衡之前,我们首先需要了解DNS域名解析的过程。

我们知道,数据包采用IP地址在网络中传播,而为了方便用户记忆,我们使用域名来访问网站。那么,我们通过域名访问网站之前,首先需要将域名解析成IP地址,这个工作是由DNS完成的。也就是域名服务器。

我们提交的请求不会直接发送给想要访问的网站,而是首先发给域名服务器,它会帮我们把域名解析成IP地址并返回给我们。我们收到IP之后才会向该IP发起请求。

那么,DNS服务器有一个天然的优势,如果一个域名指向了多个IP地址,那么每次进行域名解析时,DNS只要选一个IP返回给用户,就能够实现服务器集群的负载均衡。

具体做法

首先需要将我们的域名指向多个后端服务器(将一个域名解析到多个IP上),再设置一下调度策略,那么我们的准备工作就完成了,接下来的负载均衡就完全由DNS服务器来实现。

当用户向我们的域名发起请求时,DNS服务器会自动地根据我们事先设定好的调度策略选一个合适的IP返回给用户,用户再向该IP发起请求。

具体做法

首先需要将我们的域名指向多个后端服务器(将一个域名解析到多个IP上),再设置一下调度策略,那么我们的准备工作就完成了,接下来的负载均衡就完全由DNS服务器来实现。

当用户向我们的域名发起请求时,DNS服务器会自动地根据我们事先设定好的调度策略选一个合适的IP返回给用户,用户再向该IP发起请求。

调度策略

一般DNS提供商会提供一些调度策略供我们选择,如随机分配、轮询、根据请求者的地域分配离他最近的服务器。

优缺点分析

DNS负载均衡最大的优点就是配置简单。服务器集群的调度工作完全由DNS服务器承担,那么我们就可以把精力放在后端服务器上,保证他们的稳定性与吞吐量。而且完全不用担心DNS服务器的性能,即便是使用了轮询策略,它的吞吐率依然卓越。

此外,DNS负载均衡具有较强了扩展性,你完全可以为一个域名解析较多的IP,而且不用担心性能问题。

但是,由于把集群调度权交给了DNS服务器,从而我们没办法随心所欲地控制调度者,没办法定制调度策略。

DNS服务器也没办法了解每台服务器的负载情况,因此没办法实现真正意义上的负载均衡。它和HTTP重定向一样,只不过把所有请求平均分配给后端服务器罢了。

此外,当我们发现某一台后端服务器发生故障时,即使我们立即将该服务器从域名解析中去除,但由于DNS服务器会有缓存,该IP仍然会在DNS中保留一段时间,那么就会导致一部分用户无法正常访问网站。这是一个致命的问题!好在这个问题可以用动态DNS来解决。

反向代理负载均衡

什么是反向代理负载均衡?

反向代理服务器是一个位于实际服务器之前的服务器,所有向我们网站发来的请求都首先要经过反向代理服务器,服务器根据用户的请求要么直接将结果返回给用户,要么将请求交给后端服务器处理,再返回给用户。

之前我们介绍了用反向代理服务器实现静态页面和常用的动态页面的缓存。接下来我们介绍反向代理服务器更常用的功能——实现负载均衡。

我们知道,所有发送给我们网站的请求都首先经过反向代理服务器。那么,反向代理服务器就可以充当服务器集群的调度者,它可以根据当前后端服务器的负载情况,将请求转发给一台合适的服务器,并将处理结果返回给用户。

缺点

调度者压力过大:

由于所有的请求都先由反向代理服务器处理,那么当请求量超过调度服务器的最大负载时,调度服务器的吞吐率降低会直接降低集群的整体性能。

制约扩展:

当后端服务器也无法满足巨大的吞吐量时,就需要增加后端服务器的数量,可没办法无限量地增加,因为会受到调度服务器的最大吞吐量的制约。

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