Golang实现四种负载均衡的算法(随机,轮询等)

负载均衡是指在分布式系统中，将工作负载分摊到多个计算资源来进行共同处理的技术。 Golang作为一种高性能、可靠性语言，天然适合做负载均衡，因此我们可以用Golang实现四种常用的负载均衡算法。

什么是负载均衡算法？

负载均衡算法是指在分发服务时，选择合适的服务器来处理请求的一种算法。负载均衡可分为静态负载均衡和动态负载均衡。静态负载均衡算法在开发初期就可以预计各服务器的处理能力，并将请求平均放在这些节点上。而动态负载均衡则会自适应地根据负载量选择最合适的节点。本篇文章将分别介绍随机、轮询、加权轮询和哈希四种常见的负载均衡算法。

随机算法

随机算法将请求随机分配到服务器集群中的任意一台机器上。这种算法简单易懂，且实现难度较低，但是对于服务器的负载情况无法做出有效的预判。

func RandomBalance (instances []*Instance) (instance *Instance, err error) {
    if len(instances) <= 0 {
        err = errors.New("No instance")
        return
    }
    index := rand.Intn(len(instances))
    instance = instances[index]
    return
}

在此代码中，rand.Intn函数会随机生成一个介于0和传入数组长度之间的数作为索引，最后返回相应的实例。

轮询算法

轮询算法会依照固定轮询顺序将请求依次分配到服务器集群中的每一台机器上。如果有某台服务器负载过高，则该服务器响应速度会被降低，因此多次轮询会使请求分配到其他负载较低的服务器上。

type RoundRobinBalance struct {
    CurrentIndex int
}

func (r *RoundRobinBalance) Balance (instances []*Instance) (*Instance, error) {
    if len(instances) == 0 {
        return nil, errors.New("No instance")
    }
    l := len(instances)
    if r.CurrentIndex >= l {
        r.CurrentIndex = 0
    }
    instance := instances[r.CurrentIndex]
    r.CurrentIndex = (r.CurrentIndex + 1) % l
    return instance, nil
}

轮询算法通过循环实现,首先将集群中的服务器放在一个数组中，然后不断按照顺序循环分配请求，可以简单地将数组的索引值当作请求的唯一标识。

加权轮询算法

加权轮询算法是在普通轮询算法的基础之上，加入了一个权重属性。权重越高的服务器收到的请求比例就越大，能够实现按照服务器性能分配请求的目的。

type WeightRoundRobinBalance struct {
    currentIndex int
    instances []*Instance // 服务实例
    weight []int // 权值
    gcdWeight int // 所有权值的最大公约数
    maxWeight int // 最大权重
}

func (w *WeightRoundRobinBalance) Next() *Instance {
    for {
        w.currentIndex = (w.currentIndex + 1) % len(w.instances)
        if w.currentIndex == 0 {
            w.maxWeight -= w.gcdWeight
            if w.maxWeight <= 0 {
                w.maxWeight = w.maxWeight(w.weight)
                if w.maxWeight == 0 {
                    return nil
                }
            }
        }
        if w.weight[w.currentIndex] >= w.maxWeight {
            return w.instances[w.currentIndex]
        }
    }
}

func NewWeightRoundRobinBalance (instances []*Instance, weight []int) LoadBalance {
    w := &WeightRoundRobinBalance{
        instances: instances,
        weight: weight,
        currentIndex: -1,
        gcdWeight: 0,
        maxWeight: 0,
    }
    w.init()
    return w
}

func (w *WeightRoundRobinBalance) init() {
    if len(w.weight) == 0 {
        return
    }
    if len(w.weight) == 1 {
        w.maxWeight = w.weight[0]
        return
    }
    // 1. 求所有权重的最大公约数和最大值
    w.maxWeight = w.maxWeight(w.weight)
    w.gcdWeight = w.gcdWeight(w.weight)
}

func (w *WeightRoundRobinBalance) maxWeight(weight []int) int {
    if len(weight) == 0 {
        return 0
    }
    max := weight[0]
    for _, i := range weight {
        if i > max {
            max = i
        }
    }
    return max
}

func (w *WeightRoundRobinBalance) gcdWeight(weight []int) int {
    if len(weight) == 0 {
        return 1
    }
    if len(weight) == 1 {
        return weight[0]
    }
    var gcd func(a, b int) int
    gcd = func(a, b int) int {
        if b == 0 {
            return a
        } else {
            return gcd(b, a % b)
        }
    }
    res := weight[0]
    for i := 1; i < len(weight); i++ {
        res = gcd(res, weight[i])
    }
    return res
}

以上的算法实现过程可以概述为：

1. 求这一组服务器权重的最大公约数；
2. 每个服务器权重设置为原权重与最大公约数的商，并保存最大权重；
3. 轮询服务器，根据权重大小分配请求

哈希算法

哈希算法是比较常用的一种负载均衡算法，它根据请求的唯一标识hash值来进行服务器的划分。对于服务器集群中的机器，可以根据机器ip、机器名等信息进行hash运算，得到一个hash值，再通过对服务器总数取模的方式来确定当前请求被分配的服务器。

type HashBalance struct {
    hash hash.Hash32 // 哈希函数
}

func NewHashBalance () LoadBalance {
    return &HashBalance{
        hash: fnv.New32(),
    }
}

func (h *HashBalance) Balance (instances []*Instance, key ...string) (*Instance, error) {
    if len(instances) == 0 {
        return nil, errors.New("No instance")
    }
    // 计算出hash值
    l := len(instances)
    if len(key) > 0 {
        keyStr := fmt.Sprintf("%s", key)
        h.hash.Write([]byte(keyStr))
    }
    idx := int(h.hash.Sum32()) % l
    return instances[idx], nil
}

在哈希算法中，每个请求都会拥有一个唯一的标记作为输入参数传入hash函数，hash函数会根据此标记生成一个hash值，将请求分配到hash值对应的服务器上。

总结

以上就是Golang实现四种常用的负载均衡算法的完整攻略。需要注意的是，负载均衡算法应当根据实际场景进行有针对性的使用，以充分利用服务器资源，提高系统性能。