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亿级负载均衡架构实现详解(图文全面总结)

gudong366 2025-07-25 18:34 5 浏览

关注mikechen十余年BAT架构经验倾囊相授!

大家好,我是mikechen。


负载均衡是大型架构的必备技能,下面我详解负载均衡架构及实现@mikechen

文章来源:mikechen.cc


负载均衡架构

在现代分布式系统中,负载均衡(Load Balancing),是非常核心的组件。

它通过将网络流量,分发到多个后端服务器上,来提高应用程序的可用性、可伸缩性、和性能。

如下图所示:

根据部署的复杂度和需求,负载均衡架构:可以分为单层、双层、和多层。


单层负载均衡架构

为了更好的理解亿级负载架构,我先从单层讲起,如何一步步演变而来。

单层负载均衡架构:是最基础、和最直接的负载均衡部署方式。

在这种架构中,所有入站客户端请求,都直接通过一个负载均衡器(或一个负载均衡器集群)。

然后由这个负载均衡器,将请求分发到最终处理请求的后端服务器集群。

如下图所示:


单层”通常意味着, 所有外部流量,都直接到达这个单一的负载均衡层。

部署简单,架构清晰,易于理解和配置。

成本较低,对于中小型应用或流量模式相对简单的场景,资源投入较少。

但是,如果负载均衡器本身没有高可用(HA)配置,它可能成为单点故障。

即使有HA,其处理能力也可能成为整个系统的性能上限。


双层负载均衡架构

双层负载均衡架构:是指在系统中,有两层不同的负载均衡器协同工作。

其中,第一层使用 LVS(Linux Virtual Server),进行四层负载均衡。

第二层:则使用 Nginx 进行七层负载均衡,是这种架构的典型代表。

整体架构,如下图所示:

第一层:可以考虑使用“LVS”。

LVS 工作在 OSI 模型的第四层(传输层),基于 IP 地址和端口号进行请求转发。

它不对应用层内容进行解析,因此处理速度极快,能够承载极高的并发连接数和吞吐量。

第二层负载均衡器位于 LVS 之后,直接接收 LVS 转发过来的流量,一般可以考虑使用“Nginx”。

客户端(Clients)|               V+-----------------+|第一层:LVS/Keepalived|(四层负载均衡集群)+-----------------+|-----------------|||       V      V      V+--------++--------++--------+|第二层:Nginx A ||第二层:Nginx B ||第二层:Nginx C |(七层负载均衡集群)+--------++--------++--------+|-----------------|||        V      V      V+-------++-------++-------+|后端应用||后端应用||后端应用|(Web服务器、API服务、微服务等)+-------++-------++-------+

LVS 提供极致的转发性能,Nginx 提供强大的应用层功能,各司其职,相得益彰。


亿级负载均衡架构

亿级负载均衡架构:是双层架构的进一步演进,系统根据业务需求和复杂性,引入了三层或更多层的负载均衡器。

亿级负载均衡架构的核心思想:是“分而治之”,通过多层负载均衡实现。

如下图所示:


通常,这样的架构至少包含三层,甚至更多:

全局/边缘负载均衡(GSLB/Edge LB), 解决跨地域、跨数据中心调度。

区域/集群入口负载均衡, 解决数据中心内部服务模块分发。

服务内部负载均衡(Internal/Service Mesh LB),解决服务实例间的高效通信。

这通常发生在大型、复杂的微服务架构、多区域部署或有严格性能隔离需求的环境中。

最高级别的可用性、和可靠性, 提供了多重冗余和故障隔离机制。

强大的扩展能力, 能够支撑超大规模的并发请求和数据吞吐。

但是,极度复杂, 部署、配置、监控和维护成本非常高,需要专业的运维团队和技术积累。

以上

本篇已收于mikechen原创超30万字《阿里架构师进阶专题合集》里面。

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