在分布式系統(tǒng)設計當中，一般會對服務進行集群部署，集群中的多個節(jié)點提供相同的服務，所以可以將對該服務的請求分發(fā)給集群的任意一個節(jié)點來處理。為了將請求合理分發(fā)給集群的節(jié)點進行處理，即既要保證集群的每個節(jié)點都能夠分配到請求，又能夠實現(xiàn)不會給某個節(jié)點分配過多請求，導致超過節(jié)點處理能力，所以需要基于一定的規(guī)則來進行請求分發(fā)，這個規(guī)則也稱為負載均衡算法。以下詳細分析幾種常見的負載均衡算法的工作原理。

1.最快響應時間

最快響應時間負載均衡算法也是一種智能、動態(tài)的負載均衡算法，與最少連接數(shù)類似，也是根據(jù)集群節(jié)點的負載情況來將請求合理分發(fā)到各個節(jié)點，實現(xiàn)集群的整體穩(wěn)定性和機器資源的重復利用。與最少連接數(shù)不同的是，最快響應時間是基于請求與響應的時間延遲來衡量機器的負載情況的，即將請求分發(fā)給當前處理請求最快，負載均衡器從該節(jié)點獲取響應延遲最小的節(jié)點，而響應時間慢的節(jié)點則分配更少的請求。

2.最少連接數(shù)

最少連接數(shù)負載均衡算法是一種智能、動態(tài)的負載均衡算法，主要是根據(jù)集群的每個節(jié)點的當前連接數(shù)來決定將請求轉發(fā)給哪個節(jié)點，即每次都將請求轉發(fā)給當前存在最少并發(fā)連接的節(jié)點。

這種負載均衡算法的好處是可以根據(jù)集群節(jié)點的負載情況來進行請求的動態(tài)分發(fā)，即機器性能好，處理請求快，積壓請求少的節(jié)點分配更多的請求，反之則分配更少的請求，從而實現(xiàn)集群的整體穩(wěn)定性和將請求合理分發(fā)到每一個節(jié)點，避免某個節(jié)點因為處理超過自身所能承受的請求量而導致宕機或者響應過慢。

3.哈希與一致性哈希

哈希算法主要將對請求的IP地址或者URL計算一個哈希值，然后與集群節(jié)點的數(shù)量進行取模來決定將請求分發(fā)給哪個集群節(jié)點。這種哈希算法實現(xiàn)簡單并且在集群節(jié)點數(shù)量不變的情況下，能夠將相同IP地址的請求分發(fā)給相同的機器處理。但是如果集群節(jié)點發(fā)生變化，則會對集群的所有節(jié)點進行影響，如可能導致某個機器性能較低的節(jié)點突然接收到大量請求，從而影響集群的整體穩(wěn)定性。

一致性哈希算法主要是基于一致性哈希函數(shù)來實現(xiàn)，一致性哈希函數(shù)會將給定的參數(shù)映射到由2的32次方個點組成的環(huán)形槽的某個槽點上。

在使用一致性哈希函數(shù)來進行負載均衡時，首先將集群的多個節(jié)點哈希到該環(huán)形槽的對應的某個槽點上，然后當負載均衡器接收到請求時，使用該請求的IP地址或者URL來作為一致性哈希函數(shù)的參數(shù)，生成該請求對應環(huán)形槽的某個槽點，最后從順時針方向找到第一個位于該環(huán)形槽的集群節(jié)點，則將該請求轉發(fā)給這個集群節(jié)點處理。

由一致性哈希算法的實現(xiàn)原理可知，如果集群節(jié)點的個數(shù)不變，則相同IP地址或者相同URL的請求都會轉發(fā)到相同的集群節(jié)點來處理;如果集群節(jié)點數(shù)量發(fā)生變化，則只會影響該增加或者刪除的節(jié)點按順時針方向的后一個節(jié)點，所以能夠很方便的實現(xiàn)集群的拓容和縮容。

4.輪詢

輪詢算法主要是將客戶端發(fā)送到負載均衡器的請求依次輪流地轉發(fā)給服務集群的某個節(jié)點，而不需要考慮每個集群節(jié)點當前的連接數(shù)和工作負載以及該節(jié)點的機器性能。該算法的好處是實現(xiàn)簡單，每個集群節(jié)點平均分擔所有的請求，缺點是當集群節(jié)點對應的機器存在性能差異時，可能會出現(xiàn)性能低的機器節(jié)點處理請求慢，而性能好的機器節(jié)點則存在空閑的系統(tǒng)資源沒有充分利用，所以一般用作集群所有節(jié)點的機器性能接近的情況。

5.加權輪詢與加權隨機

加權算法主要是根據(jù)集群的節(jié)點對應機器的性能的差異，給每個節(jié)點設置一個權重值，其中性能好的機器節(jié)點設置一個較大的權重值，而性能差的機器節(jié)點則設置一個較小的權重值。然后可以繼續(xù)基于輪詢或者隨機的算法來選取一個節(jié)點來處理請求，只是權重大的節(jié)點能夠被更多的選中。實現(xiàn)原理類似于在一個數(shù)組中選擇一個元素，而權重值就是對應機器節(jié)點在數(shù)組中重復出現(xiàn)的次數(shù)，如兩個節(jié)點{ a，b }，其中a節(jié)點的權重值為3，b節(jié)點的權重值為1，則數(shù)組的組成為：[a, a, a, b]，所以不管是輪詢還是隨機選取都是a選擇的次數(shù)更多

6.隨機

隨機算法主要是隨機選取集群中的某個節(jié)點來處理該請求，由概率論的知識可知，隨著請求量的變大，隨機算法會逐漸演變?yōu)檩喸兯惴?，即集群各個節(jié)點會處理差不多數(shù)量的請求。所以優(yōu)缺點也是與輪詢算法類似。