dubbo负载均衡 - litter-fish/ReadSource GitHub Wiki
权重随机算法的 RandomLoadBalance、
最少活跃调用数算法的 LeastActiveLoadBalance、
hash 一致性的 ConsistentHashLoadBalance，
加权轮询算法的 RoundRobinLoadBalance。
/**
- 首先会检测 invokers 集合的合法性，
- 然后再检测 invokers 集合元素数量。如果只包含一个 Invoker，直接返回该 Inovker 即可。如果包含多个 Invoker，此时需要通过负载均衡算法选择一个 Invoker。
*/
public <T> Invoker<T> select(
List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
if (invokers == null || invokers.isEmpty()) return null;
// 如果 invokers 列表中仅有一个 Invoker，直接返回即可，无需进行负载均衡
if (invokers.size() == 1) return invokers.get(0);
// 调用 doSelect 方法进行负载均衡，该方法为抽象方法，由子类实现
return doSelect(invokers, url, invocation);
}
protected int getWeight(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) {
// 从 url 中获取权重 weight 配置值
int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), Constants.WEIGHT_KEY, Constants.DEFAULT_WEIGHT);
if (weight > 0) {
// 获取服务提供者启动时间戳
long timestamp = invoker.getUrl().getParameter(Constants.REMOTE_TIMESTAMP_KEY, 0L);
if (timestamp > 0L) {
// 计算服务提供者运行时长
int uptime = (int) (System.currentTimeMillis() - timestamp);
// 获取服务预热时间，默认为10分钟
int warmup = invoker.getUrl().getParameter(Constants.WARMUP_KEY, Constants.DEFAULT_WARMUP);
// 如果服务运行时间小于预热时间，则重新计算服务权重，即降权
if (uptime > 0 && uptime < warmup) {
// 重新计算服务权重
weight = calculateWarmupWeight(uptime, warmup, weight);
}
}
}
return weight;
}
/**
- 重新计算服务权重
- @param {[type]} int uptime 服务提供者运行时长
- @param {[type]} int warmup 服务预热时间
- @param {[type]} int weight 服务权重
- @return {[type]} 服务权重
*/
static int calculateWarmupWeight(int uptime, int warmup, int weight) {
// 计算权重，下面代码逻辑上形似于 (uptime / warmup) * weight。
// 随着服务运行时间 uptime 增大，权重计算值 ww 会慢慢接近配置值 weight
int ww = (int) ((float) uptime / ((float) warmup / (float) weight));
return ww < 1 ? 1 : (ww > weight ? weight : ww);
}
算法思想:
假设我们有一组服务器 servers = [A, B, C]，他们对应的权重为 weights = [5, 3, 2]，权重总和为10。
现在把这些权重值平铺在一维坐标值上，[0, 5) 区间属于服务器 A，
[5, 8) 区间属于服务器 B，
[8, 10) 区间属于服务器 C。
接下来通过随机数生成器生成一个范围在 [0, 10) 之间的随机数，然后计算这个随机数会落到哪个区间上。
比如数字3会落到服务器 A 对应的区间上，此时返回服务器 A 即可。
源码分析：
public class RandomLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
public static final String NAME = "random";
private final Random random = new Random();
@Override
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
int length = invokers.size();
int totalWeight = 0;
boolean sameWeight = true;
// 下面这个循环有两个作用，第一是计算总权重 totalWeight，
// 第二是检测每个服务提供者的权重是否相同
for (int i = 0; i < length; i++) {
int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
// 累加权重
totalWeight += weight;
// 检测当前服务提供者的权重与上一个服务提供者的权重是否相同，
// 不相同的话，则将 sameWeight 置为 false。
if (sameWeight && i > 0
&& weight != getWeight(invokers.get(i - 1), invocation)) {
sameWeight = false;
}
}
// 下面的 if 分支主要用于获取随机数，并计算随机数落在哪个区间上
if (totalWeight > 0 && !sameWeight) {
// 随机获取一个 [0, totalWeight) 区间内的数字
int offset = random.nextInt(totalWeight);
// 循环让 offset 数减去服务提供者权重值，当 offset 小于0时，返回相应的 Invoker。
// 举例说明一下，我们有 servers = [A, B, C]，weights = [5, 3, 2]，offset = 7。
// 第一次循环，offset - 5 = 2 > 0，即 offset > 5，
// 表明其不会落在服务器 A 对应的区间上。
// 第二次循环，offset - 3 = -1 < 0，即 5 < offset < 8，
// 表明其会落在服务器 B 对应的区间上
for (int i = 0; i < length; i++) {
// 让随机值 offset 减去权重值
offset -= getWeight(invokers.get(i), invocation);
if (offset < 0) {
// 返回相应的 Invoker
return invokers.get(i);
}
}
}
// 如果所有服务提供者权重值相同，此时直接随机返回一个即可
return invokers.get(random.nextInt(length));
}
}
算法思想:
每个服务提供者对应一个活跃数 active。
初始情况下，所有服务提供者活跃数均为0。
每收到一个请求，活跃数加1，完成请求后则将活跃数减1。
在服务运行一段时间后，性能好的服务提供者处理请求的速度更快，
因此活跃数下降的也越快，此时这样的服务提供者能够优先获取到新的服务请求，
LeastActiveLoadBalance是基于加权最小活跃数算法实现的。
源码分析
public class LeastActiveLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
public static final String NAME = "leastactive";
private final Random random = new Random();
/**
- 遍历 invokers 列表，寻找活跃数最小的 Invoker
- 如果有多个 Invoker 具有相同的最小活跃数，此时记录下这些 Invoker 在 invokers 集合中的下标，并累加它们的权重，比较它们的权重值是否相等
- 如果只有一个 Invoker 具有最小的活跃数，此时直接返回该 Invoker 即可
- 如果有多个 Invoker 具有最小活跃数，且它们的权重不相等，此时处理方式和 RandomLoadBalance 一致
- 如果有多个 Invoker 具有最小活跃数，但它们的权重相等，此时随机返回一个即可
*/
protected <T> Invoker<T> doSelect(
List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
int length = invokers.size();
// 最小的活跃数
int leastActive = -1;
// 具有相同“最小活跃数”的服务者提供者（以下用 Invoker 代称）数量
int leastCount = 0;
// leastIndexs 用于记录具有相同“最小活跃数”的 Invoker 在 invokers 列表中的下标信息
int[] leastIndexs = new int[length];
int totalWeight = 0;
// 第一个最小活跃数的 Invoker 权重值，用于与其他具有相同最小活跃数的 Invoker 的权重进行对比，
// 以检测是否“所有具有相同最小活跃数的 Invoker 的权重”均相等
int firstWeight = 0;
boolean sameWeight = true;
// 遍历 invokers 列表，获取最小活跃数的invoker，并计算这些invoker的总权重
for (int i = 0; i < length; i++) {
Invoker<T> invoker = invokers.get(i);
// 获取 Invoker 对应的活跃数
int active = RpcStatus.getStatus(invoker.getUrl(), invocation.getMethodName()).getActive();
// 获取权重 - ⭐️ 直接从 url 中取权重值，未被降权过
int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), Constants.WEIGHT_KEY, Constants.DEFAULT_WEIGHT);
// 发现更小的活跃数，重新开始
if (leastActive == -1 || active < leastActive) {
// 使用当前活跃数 active 更新最小活跃数 leastActive
leastActive = active;
// 更新 leastCount 为 1
leastCount = 1;
// 记录当前下标值到 leastIndexs 中
leastIndexs[0] = i;
totalWeight = weight;
firstWeight = weight;
sameWeight = true;
// 当前 Invoker 的活跃数 active 与最小活跃数 leastActive 相同
} else if (active == leastActive) {
// 在 leastIndexs 中记录下当前 Invoker 在 invokers 集合中的下标
leastIndexs[leastCount++] = i;
// 累加权重
totalWeight += weight;
// 检测当前 Invoker 的权重与 firstWeight 是否相等，
// 不相等则将 sameWeight 置为 false
if (sameWeight && i > 0
&& weight != firstWeight) {
sameWeight = false;
}
}
}
// 当只有一个 Invoker 具有最小活跃数，此时直接返回该 Invoker 即可
if (leastCount == 1) {
return invokers.get(leastIndexs[0]);
}
// 有多个 Invoker 具有相同的最小活跃数，但它们之间的权重不同
if (!sameWeight && totalWeight > 0) {
// 随机生成一个 [0, totalWeight) 之间的数字
int offsetWeight = random.nextInt(totalWeight);
// 循环让随机数减去具有最小活跃数的 Invoker 的权重值，
// 当 offset 小于等于0时，返回相应的 Invoker
// leastCount 拥有最小活跃数的数量
for (int i = 0; i < leastCount; i++) {
// leastIndex 表示invoker的具体下标
int leastIndex = leastIndexs[i];
// 获取权重值，并让随机数减去权重值 - ⭐️ 获取经过降权后的权重
offsetWeight -= getWeight(invokers.get(leastIndex), invocation);
/**
- 缺陷1，
- // 获取权重 - ⭐️ 直接从 url 中取权重值，未被降权过
- int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), Constants.WEIGHT_KEY, Constants.DEFAULT_WEIGHT);
- // 获取权重值，并让随机数减去权重值 - ⭐️ 获取经过降权后的权重
- offsetWeight -= getWeight(invokers.get(leastIndex), invocation);
- offsetWeight 是一个在 [0, totalWeight) 范围内的随机数，而它所减去的是经过降权的权重。很有可能在经过 leastCount 次运算后，offsetWeight 仍然是大于0的，导致无法选中 Invoker。
*
- 缺陷2，即当一组 Invoker 具有相同的最小活跃数，且其中一个 Invoker 的权重值为1，此时这个 Invoker 无法被选中。
- 举例说明，假设有一组 Invoker 的权重为 5、2、1，offsetWeight 最大值为 7。假设 offsetWeight = 7，你会发现，当 for 循环进行第二次遍历后 offsetWeight = 7 - 5 - 2 = 0，提前返回了。此时，此时权重为1的 Invoker 就没有机会被选中了
*/
if (offsetWeight <= 0)
return invokers.get(leastIndex);
}
}
// 如果权重相同或权重为0时，随机返回一个 Invoker
return invokers.get(leastIndexs[random.nextInt(leastCount)]);
}
}
原理
首先根据 ip 或者其他的信息为缓存节点生成一个 hash，并将这个 hash 投射到 [0, 232 - 1] 的圆环上。
当有查询或写入请求时，则为缓存项的 key 生成一个 hash 值。
然后查找第一个大于或等于该 hash 值的缓存节点，并到这个节点中查询或写入缓存项。
如果当前节点挂了，则在下一次查询或写入缓存时，为缓存项查找另一个大于其 hash 值的缓存节点即可。
一致性 hash 在 Dubbo 中的应用：
源码分析
public class ConsistentHashLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
private final ConcurrentMap<String, ConsistentHashSelector<?>> selectors =
new ConcurrentHashMap<String, ConsistentHashSelector<?>>();
@Override
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
String key = invokers.get(0).getUrl().getServiceKey() + "." + methodName;
// 获取 invokers 原始的 hashcode
int identityHashCode = System.identityHashCode(invokers);
ConsistentHashSelector<T> selector = (ConsistentHashSelector<T>) selectors.get(key);
// 如果 invokers 是一个新的 List 对象，意味着服务提供者数量发生了变化，可能新增也可能减少了。
// 此时 selector.identityHashCode != identityHashCode 条件成立
if (selector == null || selector.identityHashCode != identityHashCode) {
// 创建新的 ConsistentHashSelector
selectors.put(key, new ConsistentHashSelector<T>(invokers, methodName, identityHashCode));
selector = (ConsistentHashSelector<T>) selectors.get(key);
}
// 调用 ConsistentHashSelector 的 select 方法选择 Invoker
return selector.select(invocation);
}
private static final class ConsistentHashSelector<T> {
// 使用 TreeMap 存储 Invoker 虚拟节点
private final TreeMap<Long, Invoker<T>> virtualInvokers;
private final int replicaNumber;
private final int identityHashCode;
private final int[] argumentIndex;
ConsistentHashSelector(
List<Invoker<T>> invokers, String methodName, int identityHashCode) {
this.virtualInvokers = new TreeMap<Long, Invoker<T>>();
this.identityHashCode = identityHashCode;
URL url = invokers.get(0).getUrl();
// 获取虚拟节点数，默认为160
this.replicaNumber = url.getMethodParameter(methodName, "hash.nodes", 160);
// 获取参与 hash 计算的参数下标值，默认对第一个参数进行 hash 运算
String[] index = Constants.COMMA_SPLIT_PATTERN.split(url.getMethodParameter(methodName, "hash.arguments", "0"));
argumentIndex = new int[index.length];
for (int i = 0; i < index.length; i++) {
argumentIndex[i] = Integer.parseInt(index[i]);
}
// 对所有节点，生成replicaNumber个虚拟结点
for (Invoker<T> invoker : invokers) {
String address = invoker.getUrl().getAddress();
// 每四个虚拟结点为一组，为什么这样？
for (int i = 0; i < replicaNumber / 4; i++) {
// 对 address + i 进行 md5 运算，得到一个长度为16的字节数组
byte[] digest = md5(address + i);
// 对 digest 部分字节进行4次 hash 运算，得到四个不同的 long 型正整数
/** Md5是一个16字节长度的数组，将16字节的数组每四个字节一组，
分别对应一个虚拟结点，这就是为什么上面把虚拟结点四个划分一组的原因*/
for (int h = 0; h < 4; h++) {
// h = 0 时，取 digest 中下标为 0 ~ 3 的4个字节进行位运算
// h = 1 时，取 digest 中下标为 4 ~ 7 的4个字节进行位运算
// h = 2, h = 3 时过程同上
long m = hash(digest, h);
// 将 hash 到 invoker 的映射关系存储到 virtualInvokers 中，
// virtualInvokers 需要提供高效的查询操作，因此选用 TreeMap 作为存储结构
virtualInvokers.put(m, invoker);
}
}
}
}
}
// 选择结点
public Invoker<T> select(Invocation invocation) {
// 根据调用参数来生成Key
String key = toKey(invocation.getArguments());
// 对参数 key 进行 md5 运算
byte[] digest = md5(key);
// 取 digest 数组的前四个字节进行 hash 运算，再将 hash 值传给 selectForKey 方法，
// 寻找合适的 Invoker
return selectForKey(hash(digest, 0));
}
private String toKey(Object[] args) {
StringBuilder buf = new StringBuilder();
// argumentIndex = hash.arguments
for (int i : argumentIndex) {
if (i >= 0 && i < args.length) {
buf.append(args[i]);
}
}
return buf.toString();
}
// 根据hashCode选择结点
private Invoker<T> selectForKey(long hash) {
// 到 TreeMap 中查找第一个节点值大于或等于当前 hash 的 Invoker
Map.Entry<Long, Invoker<T>> entry = virtualInvokers.tailMap(hash, true).firstEntry();
// 如果 hash 大于 Invoker 在圆环上最大的位置，此时 entry = null，
// 需要将 TreeMap 的头节点赋值给 entry
if (entry == null) {
entry = virtualInvokers.firstEntry();
}
// 返回 Invoker
return entry.getValue();
}
private long hash(byte[] digest, int number) {
return (((long) (digest[3 + number * 4] & 0xFF) << 24)
| ((long) (digest[2 + number * 4] & 0xFF) << 16)
| ((long) (digest[1 + number * 4] & 0xFF) << 8)
| (digest[number * 4] & 0xFF))
& 0xFFFFFFFFL;
}
}
算法思想:
所谓轮询是指将请求轮流分配给每台服务器。
举个例子，我们有三台服务器 A、B、C。
我们将第一个请求分配给服务器 A，
第二个请求分配给服务器 B，
第三个请求分配给服务器 C，
第四个请求再次分配给服务器 A。这个过程就叫做轮询。
轮询是一种无状态负载均衡算法，实现简单，适用于每台服务器性能相近的场景下。
对过程进行加权轮询，以调控每台服务器的负载。
经过加权后，每台服务器能够得到的请求数比例，接近或等于他们的权重比。
比如服务器 A、B、C 权重比为 5:2:1。那么在8次请求中，
服务器 A 将收到其中的5次请求，
服务器 B 会收到其中的2次请求，
服务器 C 则收到其中的1次请求。
源码分析
public class RoundRobinLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
public static final String NAME = "roundrobin";
private final ConcurrentMap<String, AtomicPositiveInteger> sequences =
new ConcurrentHashMap<String, AtomicPositiveInteger>();
@Override
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
// key = 全限定类名 + "." + 方法名，比如 com.xxx.DemoService.sayHello
String key = invokers.get(0).getUrl().getServiceKey() + "." + invocation.getMethodName();
int length = invokers.size();
// 最大权重
int maxWeight = 0;
// 最小权重
int minWeight = Integer.MAX_VALUE;
final LinkedHashMap<Invoker<T>, IntegerWrapper> invokerToWeightMap = new LinkedHashMap<Invoker<T>, IntegerWrapper>();
// 权重总和
int weightSum = 0;
// 下面这个循环主要用于查找最大和最小权重，计算权重总和等
for (int i = 0; i < length; i++) {
int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
// 获取最大和最小权重
maxWeight = Math.max(maxWeight, weight);
minWeight = Math.min(minWeight, weight);
if (weight > 0) {
// 将 weight 封装到 IntegerWrapper 中
invokerToWeightMap.put(invokers.get(i), new IntegerWrapper(weight));
// 累加权重
weightSum += weight;
}
}
// 查找 key 对应的对应 AtomicPositiveInteger 实例，为空则创建。
// 这里可以把 AtomicPositiveInteger 看成一个黑盒，大家只要知道
// AtomicPositiveInteger 用于记录服务的调用编号即可。至于细节，
// 大家如果感兴趣，可以自行分析
AtomicPositiveInteger sequence = sequences.get(key);
if (sequence == null) {
sequences.putIfAbsent(key, new AtomicPositiveInteger());
sequence = sequences.get(key);
}
// 获取当前的调用编号
int currentSequence = sequence.getAndIncrement();
// 如果最小权重小于最大权重，表明服务提供者之间的权重是不相等的
if (maxWeight > 0 && minWeight < maxWeight) {
// 使用调用编号对权重总和进行取余操作
int mod = currentSequence % weightSum;
// 进行 maxWeight 次遍历
for (int i = 0; i < maxWeight; i++) {
// 遍历 invokerToWeightMap
for (Map.Entry<Invoker<T>, IntegerWrapper> each : invokerToWeightMap.entrySet()) {
// 获取 Invoker
final Invoker<T> k = each.getKey();
// 获取权重包装类 IntegerWrapper
final IntegerWrapper v = each.getValue();
// 如果 mod = 0，且权重大于0，此时返回相应的 Invoker
if (mod == 0 && v.getValue() > 0) {
return k;
}
// mod != 0，且权重大于0，此时对权重和 mod 分别进行自减操作
if (v.getValue() > 0) {
v.decrement();
mod--;
}
}
}
}
// 服务提供者之间的权重相等，此时通过轮询选择 Invoker
return invokers.get(currentSequence % length);
}
// IntegerWrapper 是一个 int 包装类，主要包含了一个自减方法。
private static final class IntegerWrapper {
private int value;
public void decrement() {
this.value--;
}
// 省略部分代码
}
}
例子解释
假设我们有三台服务器 servers = [A, B, C]，对应的权重为 weights = [2, 5, 1]。接下来对上面的逻辑进行简单的模拟。
mod = 0：满足条件，此时直接返回服务器 A
mod = 1：需要进行一次递减操作才能满足条件，此时返回服务器 B
mod = 2：需要进行两次递减操作才能满足条件，此时返回服务器 C
mod = 3：需要进行三次递减操作才能满足条件，经过递减后，服务器权重为 [1, 4, 0]，此时返回服务器 A
mod = 4：需要进行四次递减操作才能满足条件，经过递减后，服务器权重为 [0, 4, 0]，此时返回服务器 B
mod = 5：需要进行五次递减操作才能满足条件，经过递减后，服务器权重为 [0, 3, 0]，此时返回服务器 B
mod = 6：需要进行六次递减操作才能满足条件，经过递减后，服务器权重为 [0, 2, 0]，此时返回服务器 B
mod = 7：需要进行七次递减操作才能满足条件，经过递减后，服务器权重为 [0, 1, 0]，此时返回服务器 B
经过8次调用后，我们得到的负载均衡结果为 [A, B, C, A, B, B, B, B]，次数比 A:B:C = 2:5:1，等于权重比。
当 sequence = 8 时，mod = 0，此时重头再来。从上面的模拟过程可以看出，
当 mod >= 3 后，服务器 C 就不会被选中了，因为它的权重被减为0了。
当 mod >= 4 后，服务器 A 的权重被减为0，此后 A 就不会再被选中。