几种简单的负载均衡算法及其Java代码实现

由于serverWeightMap中的地址列表是动态的，随时可能有机器上线、 下线或者宕机，因此为了避免可能出现的并发问题，方法内部要新建局部变量serverMap，现将serverMap中的内容复制到线程本地，以避免被多 个线程修改。这样可能会引入新的问题，复制以后serverWeightMap的修改无法反映给serverMap，也就是说这一轮选择服务器的过程中， 新增服务器或者下线服务器，负载均衡算法将无法获知。新增无所谓，如果有服务器下线或者宕机，那么可能会访问到不存在的地址。因此，服务调用端需要有相应的容错处理，比如重新发起一次server选择并调用。

对于当前轮询的位置变量pos，为了保证服务器选择的顺序性，需要在操作时对其加锁，使得同一时刻只能有一个线程可以修改pos的值，否则当pos变量被并发修改，则无法保证服务器选择的顺序性，甚至有可能导致keyList数组越界。

轮询法的优点在于：试图做到请求转移的绝对均衡。

轮询法的缺点在于：为了做到请求转移的绝对均衡，必须付出相当大的代价，因为为了保证pos变量修改的互斥性，需要引入重量级的悲观锁synchronized，这将会导致该段轮询代码的并发吞吐量发生明显的下降。

03.随机(Random)法

通过系统随机函数，根据后端服务器列表的大小值来随机选择其中一台进行访问。由概率统计理论可以得知，随着调用量的增大，其实际效果越来越接近于平均分配流量到每一台后端服务器，也就是轮询的效果。

随机法的代码实现大致如下：

public class Random 
{ 
    public static String getServer() 
    { 
        // 重建一个Map，避免服务器的上下线导致的并发问题 
        Map<String, Integer> serverMap =  
                new HashMap<String, Integer>(); 
        serverMap.putAll(IpMap.serverWeightMap); 
 
        // 取得Ip地址List 
        Set<String> keySet = serverMap.keySet(); 
        ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(); 
        keyList.addAll(keySet); 
 
        java.util.Random random = new java.util.Random(); 
        int randomPos = random.nextInt(keyList.size()); 
 
        return keyList.get(randomPos); 
    } 
} 

整体代码思路和轮询法一致，先重建serverMap，再获取到server列表。在选取server的时候，通过Random的nextInt方法取0~keyList.size()区间的一个随机值，从而从服务器列表中随机获取到一台服务器地址进行返回。基于概率统计的理论，吞吐量越大，随机算法的效果越接近于轮询算法的效果。

04.源地址哈希(Hash)法

源地址哈希的思想是获取客户端访问的IP地址值，通过哈希函数计算得到一个数值，用该数值对服务器列表的大小进行取模运算，得到的结果便是要访问的服务器的序号。源地址哈希算法的代码实现大致如下：

public class Hash 
{ 
    public static String getServer() 
    { 
        // 重建一个Map，避免服务器的上下线导致的并发问题 
        Map<String, Integer> serverMap =  
                new HashMap<String, Integer>(); 
        serverMap.putAll(IpMap.serverWeightMap); 
 
        // 取得Ip地址List 
        Set<String> keySet = serverMap.keySet(); 
        ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(); 
        keyList.addAll(keySet); 
 
        // 在Web应用中可通过HttpServlet的getRemoteIp方法获取 
        String remoteIp = "127.0.0.1"; 
        int hashCode = remoteIp.hashCode(); 
        int serverListSize = keyList.size(); 
        int serverPos = hashCode % serverListSize; 
 
        return keyList.get(serverPos); 
    } 
} 

前两部分和轮询法、随机法一样就不说了，差别在于路由选择部分。通过客户端的ip也就是remoteIp，取得它的Hash值，对服务器列表的大小取模，结果便是选用的服务器在服务器列表中的索引值。

源地址哈希法的优点在于：保证了相同客户端IP地址将会被哈希到同一台后端服务器，直到后端服务器列表变更。根据此特性可以在服务消费者与服务提供者之间建立有状态的session会话。

（编辑：威海站长网）

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