03 微服务组件 - Ribbon负载均衡器

1. 什么是Ribbon？

目前主流的负载均衡方案分为以下两种：

集中式负载均衡，在消费者和服务提供方中间使用独立的代理方式进行负载，有硬件的（比如F5），也有软件的（比如Nginx）；
客户端根据自己的请求情况做负载均衡，Ribbon就属于客户端自己做负载均衡。

SpringCloud Ribbon是基于Netflix Ribbon实现的一套客户端的负载均衡工具，Ribbon客户端组件提供一系列的完善的配置，如超时，重试等。通过Load Balancer获取到服务提供的所有机器实例，Ribbon会自动基于某种规则（轮询，随机）去调用这些服务。Ribbon也可以实现我们自己的负载均衡算法。

1.1 客户端的负载均衡

例如spring cloud中的Ribbon，客户端会有一个服务器地址列表，在发送请求前通过负载均衡算法选择一个服务器，然后进行访问，这是客户端负载均衡，即在客户端就进行负载均衡算法分配。

1.2 服务端的负载均衡

例如Nginx，通过Nginx进行负载均衡，先发送请求，然后通过负载均衡算法，在多个服务器之间选择一个进行访问；即在服务器端再进行负载均衡算法分配。

1.3 常见的负载均衡算法

随机，通过随机选择服务进行执行，一般这种方式使用较少；
轮训，负载均衡默认实现方式，请求来之后排队处理；
加权轮训，通过对服务器性能的分型，给高配置，低负载的服务器分配更高的权重，均衡各个服务器的压力；
地址Hash，通过客户端请求的地址的HASH值取模映射进行服务器调度，ip -> hash；
最小链接数，即使请求均衡了，压力不一定会均衡，最小连接数法就是根据服务器的情况，比如请求积压数等参数，将请求分配到当前压力最小的服务器上。

2. Nacos使用Ribbon

1）nacos-discovery依赖了ribbon，可以不用再引入ribbon依赖！

2）添加@LoadBalanced注解

@Configuration
public class RestTemplateConfig {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}

此段代码原理见：Ribbon中@LoadBalanced注解的原理

3）修改controller

@Autowired
private RestTemplate restTemplate;

@PostMapping("/query")
public String query(@RequestBody Object obj) {
    log.debug("订单请求req：{}", JSON.toJSON(obj));
    return restTemplate.postForObject("http://stock-service/stock/query", obj, String.class);
}

3. Ribbon内核原理

3.1 Ribbon原理

3.2 Ribbon负载均衡策略

IRule：这是所有负载均衡策略的父接口，里边的核心方法就是choose方法，用来选择一个服务实例。

AbstractLoadBalancerRule：AbstractLoadBalancerRule是一个抽象类，里边主要定义了一个ILoadBalancer，这里定义它的目的主要是辅助负责均衡策略选取合适的服务端实例。 负载均衡策略：

RandomRule：看名字就知道，这种负载均衡策略就是随机选择一个服务实例，看源码我们知道，在RandomRule的无参构造方法中初始化了一个Random对象，然后在它重写的choose方法又调用了choose(ILoadBalancer lb, Object key)这个重载的choose方法，在这个重载的choose方法中，每次利用 random对象生成一个不大于服务实例总数的随机数，并将该数作为下标索引获取一个服务实例；
RoundRobinRule：这种负载均衡策略叫做线性轮询负载均衡策略。这个类的choose(ILoadBalancer lb, Object key)函数整体逻辑是这样的：开启一个计数器count，在while循环中遍历服务清单，获取清单之前先通过incrementAndGetModulo方法获取一个下标，这个下标是一个不断自增长的数（）先加1然后和服务清单总数取模之后获取到的（所以这个下标从来不会越界），拿着下标再去服务清单列表中取服务，每次循环计数器都会加1，如果连续10次都没有取到服务，则会报一个警告No available alive servers after 10 tries from load balancer: XXXX；
RetryRule（在轮询的基础上进行重试），看名字就知道这种负载均衡策略带有重试功能。首先RetryRule中又定义了一个subRule，它的实现类是RoundRobinRule，然后在RetryRule的 choose(ILoadBalancer lb, Object key)方法中，每次还是采用RoundRobinRule中的choose规则来选择一个服务实例，如果选到的实例正常就返回，如果选择的服务实例为null或者已经失效，则在失效时间deadline之前不断的进行重试（重试时获取服务的策略还是RoundRobinRule中定义的策略），如果超过了deadline还是没取到则会返回一个null；
WeightedResponseTimeRule（权重 —nacos的NacosRule ，Nacos还扩展了一个自己的基于配置的权重扩展） WeightedResponseTimeRule是RoundRobinRule的一个子类，在WeightedResponseTimeRule中对RoundRobinRule的功能进行了扩展， WeightedResponseTimeRule中会根据每一个实例的运行情况来给计算出该实例的一个权重，然后在挑选实例的时候则根据权重进行挑选，这样能够实现更优的实例调用。WeightedResponseTimeRule中有一个名叫DynamicServerWeightTask的定时任务，默认情况下每隔30秒会计算一次各个服务实例的权重，权重的计算规则也很简单，如果一个服务的平均响应时间越短则权重越大，那么该服务实例被选中执行任务的概率也就越大； # Java定时任务--Timer和TimerTask
ClientConfigEnabledRoundRobinRule：选择策略的实现很简单，内部定义了RoundRobinRule，choose方法还是采用了RoundRobinRule的choose方法，所以它的选择策略和RoundRobinRule的选择策略一致，不赘述；
BestAvailableRule：BestAvailableRule继承自ClientConfigEnabledRoundRobinRule，它在ClientConfigEnabledRoundRobinRule的基础上主要增加了根据loadBalancerStats中保存的服务实例的状态信息来过滤掉失效的服务实例的功能，然后顺便找出并发请求最小的服务实例来使用。然而loadBalancerStats有可能为null，如果loadBalancerStats为null，则BestAvailableRule将采用它的父类即 ClientConfigEnabledRoundRobinRule的服务选取策略（线性轮询）；
ZoneAvoidanceRule（默认规则，复合判断server所在区域的性能和server的可用性选择服务器。） ZoneAvoidanceRule是PredicateBasedRule的一个实现类，只不过这里多一个过滤条件，ZoneAvoidanceRule中的过滤条件是以ZoneAvoidancePredicate为主过滤条件和以AvailabilityPredicate为次过滤条件组成的一个叫做CompositePredicate的组合过滤条件，过滤成功之后，继续采用线性轮询 (RoundRobinRule)的方式从过滤结果中选择一个出来；
AvailabilityFilteringRule（先过滤掉故障实例，再选择并发较小的实例）过滤掉一直连接失败的被标记为circuit tripped的后端Server，并过滤掉那些高并发的后端Server或者使用一个AvailabilityPredicate来包含过滤server的逻辑，其实就是检查status里记录的各个Server的运行状态。

3.2.1 修改默认的负载均衡策略

一、配置类方式：

@Configuration
public class RibbonConfig {

    /**
     * 指定使用Nacos供的负载均衡策略（优先调用同一集群的实例，基于权重随机）
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public IRule iRule() {
        return new NacosRule();
    }
}

Nacos负载均衡策略：Nacos负载均衡规则NacosRule源码分析

注意：此处有坑。不能写在@SpringbootApplication注解的@CompentScan扫描得到的地方，否则自定义的配置类就会被所有的RibbonClients共享，不建议这么使用，推荐yml方式。

利用@RibbonClient指定微服务及其负载均衡策略：

// 配置多个RibbonConfig不能被@SpringbootApplication的@CompentScan扫描到，否则就是全局配置的效果
@RibbonClients(value = {
        @RibbonClient(name = "stock-service", configuration = RibbonConfig.class)
})
@SpringBootApplication
public class OrderApp {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderApp.class, args);
    }
}

二、配置文件方式：调用指定微服务提供的服务时，使用对应的负载均衡算法。推荐✅

修改application.properties文件：

# 对于指定服务使用Nacos提供的负载均衡策略（优先调用同一集群的实例，基于权重随机）
stock-service.ribbon.NFLoadBalancerRuleClassName=com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule

3.2.2 自定义负载均衡策略

通过实现IRule接口可以自定义负载均衡策略，主要的选择服务逻辑在choose方法中。

实现基于nacos权重的负载均衡策略

@Slf4j
public class NacosRandomWithWeightRule extends AbstractLoadBalancerRule {

    @Autowired
    private NacosDiscoveryProperties nacosDiscoveryProperties;

    @Override
    public Server choose(Object key) {
        DynamicServerListLoadBalancer loadBalancer = (DynamicServerListLoadBalancer) super.getLoadBalancer();
        String serviceName = loadBalancer.getName();
        NamingService namingService = nacosDiscoveryProperties.namingServiceInstance();
        try {
            Instance instance = namingService.selectOneHealthyInstance(serviceName);
            return new NacosServer(instance);
        } catch (NacosException e) {
            log.error("获取服务{}实例失败", serviceName, e);
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {
    }
}

配置自定义的负载均衡策略

# 对于指定服务使用自定义的负载均衡策略
stock-service.ribbon.NFLoadBalancerRuleClassName=com.balloon.ribbon.NacosRandomWithWeightRule

3.3 饥饿加载

Ribbon默认懒加载，意味着只有在发起调用的时候才会创建客户端。在进行服务调用的时候，如果网络情况不好，第一次调用会超时。

开启饥饿加载，解决第一次调用慢的问题：

# 指定服务开启ribbon饥饿加载
ribbon.eager-load.enabled=true
ribbon.eager-load.clients=stock-service

源码对应属性配置类：RibbonEagerLoadProperties

4. 使用LoadBalancer替换Ribbon

4.1 什么是SpringCloud LoadBalancer？

SpringCloud LoadBalancer是SpringCloud官方自己提供的客户端负载均衡器，用来替代Ribbon。

Spring官方提供了两种负载均衡的客户端：

RestTemplate：是Spring提供的用于访问Rest服务的客户端，RestTemplate提供了多种便捷访问远程Http服务的方法，能够大大提高客户端的编写效率。默认情况下，RestTemplate默认依赖jdk的HTTP连接工具；
WebClient：是从Spring WebFlux 5.0版本开始提供的一个非阻塞的基于响应式编程的进行Http请求的客户端工具。它的响应式编程的基于Reactor的。WebClient中提供了标准Http请求方式对应的get、post、put、delete等方法，可以用来发起相应的请求。

4.2 RestTemplate整合LoadBalancer

引入移除loadbalancer，移除ribbon依赖

<!-- nacos的服务注册发现-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    <exclusions>
        <!--移除ribbon依赖-->
        <exclusion>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<!--loadbalancer-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring‐cloud‐starter‐loadbalancer</artifactId>
</dependency>

使用@LoadBalanced注解配置RestTemplate

@Configuration
public class RestConfig {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}