使用Golang实现加权负载均衡算法的实现代码
作者：Mr.YF
背景描述
如下图所示，负载均衡做为反向代理，将请求方的请求转发至后端的服务节点，实现服务的请求。
在nginx中可以通过upstream配置server时，设置weight表示对应server的权重。
若存在多个服务节点时，负载均衡如何通过服务节点的权重进行转发。
如下详细说明权重转发算法的实现。
用三个后端服务节点为例说明
设置三个后端服务ServerA，ServerB和ServerC，它们的权重分布是 5，3，1
按照加权负载均衡算法，在一轮（5+3+1=9次）中ServerA占5次，ServerB占3次，ServerC占1次，从而实现均衡。
如下图所示：
为了实现这个功能，可以给每一个后端设置对应的权重5,3,1
变量1：后端服务的权重 Weight
变量2：均衡器累计的总的有效权重EffectiveWeight
变量3：实时统计后端服务的当前权重 CurrentWeight
算法设计
第一步，向均衡器中增加后端服务标识
- 将三个后端服务标识和权重Weight增加到负载均衡器列表中。
- 每次增加后端服务时，累计总的有效权重EffectiveWeight。
第二步，每次获取一个后端服务标识
- 对均衡器中的所有后端服务增加自己的权重Weight，即(5，3，1),计算ABC三个服务的当前权重。
- 选择当前权重CurrentWeight最大的服务，做为本次期望的后端服务。
- 将期望的后端服务的当前权重CurrentWeight减小总的权重EffectiveWeight，供下一轮使用。
如下是一个一轮（5+3+1=9次）获取的权重变化表：
从这个表中可以看到后端服务轮询的顺序是 A B A C A B A B A，其中A出现了5次，B出现了3次，C出现了1次，满足三个服务的权重Weight设置。
完成9次获取后，ABC三个服务的权重都归0，因此下一轮的9次获取也是均衡的，
算法实现
按照如上算法说明，使用Golang实现这个算法如下
package weightroundrobin
import (
"fmt"
"strings"
)
// 每一个后端服务定义
type BackendServer struct {
// 实例权重
Weight int
// 当前的权重，初始为Weight
currentWeight int
// 后端服务名称
ServerName string
}
// 通过权重实现调用轮询的定义
type WeightServerRoundRobin struct {
// 所有有效的权重总和
effectiveWeight int
// 后端服务列表
backendServerList []*BackendServer
}
// 创建一个负载轮询器
func NewWeightServerRoundRobin() *WeightServerRoundRobin {
return &WeightServerRoundRobin{
effectiveWeight: 0,
}
}
// 增加后端服务名称和权重
func (r *WeightServerRoundRobin) AddBackendServer(backendServer *BackendServer) {
r.effectiveWeight += backendServer.Weight
r.backendServerList = append(r.backendServerList, backendServer)
}
// 更具权重获取一个后端服务名称
func (r *WeightServerRoundRobin) GetBackendServer() *BackendServer {
var expectBackendServer *BackendServer
for _, backendServer := range r.backendServerList {
// 给每个后端服务增加自身权重
backendServer.currentWeight += backendServer.Weight
if expectBackendServer == nil {
expectBackendServer = backendServer
}
if backendServer.currentWeight > expectBackendServer.currentWeight {
expectBackendServer = backendServer
}
}
r.VisitBackendServerCurrentWeight()
// 把选择的后端服务权重减掉总权重
expectBackendServer.currentWeight -= r.effectiveWeight
return expectBackendServer
}
// 打印后端服务的当前权重变化
func (r *WeightServerRoundRobin) VisitBackendServerCurrentWeight() {
var serverListForLog []string
for _, backendServer := range r.backendServerList {
serverListForLog = append(serverListForLog,
fmt.Sprintf("%v", backendServer.currentWeight))
}
fmt.Printf("(%v)\n", strings.Join(serverListForLog, ", "))
}
写一个单测进行验证
package weightroundrobin
import (
"fmt"
"testing"
)
func TestNewWeightServerRoundRobin(t *testing.T) {
weightServerRoundRobin := NewWeightServerRoundRobin()
weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{
ServerName: "ServerA",
Weight: 5,
})
weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{
ServerName: "ServerB",
Weight: 3,
})
weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{
ServerName: "ServerC",
Weight: 1,
})
expectServerNameList := []string{
"ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerC", "ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerB", "ServerA",
//"ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerC", "ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerB", "ServerA",
}
fmt.Printf("(A, B, C)\n")
for ii, expectServerName := range expectServerNameList {
weightServerRoundRobin.VisitBackendServerCurrentWeight()
backendServer := weightServerRoundRobin.GetBackendServer()
if backendServer.ServerName != expectServerName {
t.Errorf("%v.%v.expect:%v, actual:%v", t.Name(), ii, expectServerName, backendServer.ServerName)
return
}
}
}
运行单元测试，观察运行结果是否符合算法设计的预期
=== RUN TestNewWeightServerRoundRobin
(A, B, C)
(0, 0, 0)
(5, 3, 1)
(-4, 3, 1)
(1, 6, 2)
(1, -3, 2)
(6, 0, 3)
(-3, 0, 3)
(2, 3, 4)
(2, 3, -5)
(7, 6, -4)
(-2, 6, -4)
(3, 9, -3)
(3, 0, -3)
(8, 3, -2)
(-1, 3, -2)
(4, 6, -1)
(4, -3, -1)
(9, 0, 0)
--- PASS: TestNewWeightServerRoundRobin (0.00s)
PASS
参考材料：
https://github.com/phusion/nginx/commit/27e94984486058d73157038f7950a0a36ecc6e35
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