GeeRPC项目第六天：实现负载均衡机制-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gitblog_00482/article/details/148376032

GeeRPC项目第六天：实现负载均衡机制

7days-golang 7 days golang programs from scratch (web framework Gee, distributed cache GeeCache, object relational mapping ORM framework GeeORM, rpc framework GeeRPC etc) 7天用Go动手写/从零实现系列项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/7d/7days-golang

本文将详细介绍如何在GeeRPC框架中实现客户端负载均衡功能。通过阅读本文，您将了解到：

常见的负载均衡策略及其适用场景
如何设计服务发现接口
实现支持负载均衡的RPC客户端
随机选择和轮询算法的具体实现

负载均衡概述

在分布式系统中，负载均衡是提高系统吞吐量和可靠性的关键技术。当有多个服务实例提供相同功能时，客户端需要一种机制来决定将请求发送到哪个实例。常见的负载均衡策略包括：

随机选择：简单地从可用服务列表中随机选取一个实例
轮询调度(Round Robin)：按顺序依次选择每个实例
加权轮询：根据实例的权重分配请求
一致性哈希：根据请求特征计算哈希值选择实例

在GeeRPC中，我们首先实现了前两种基础策略：随机选择和轮询调度。

服务发现设计

要实现负载均衡，首先需要能够发现所有可用的服务实例。我们定义了一个Discovery接口：

type Discovery interface {
    Refresh() error         // 从注册中心更新服务列表
    Update(servers []string) error // 手动更新服务列表
    Get(mode SelectMode) (string, error) // 根据策略选择实例
    GetAll() ([]string, error) // 获取所有实例
}

对于简单场景，我们实现了一个不需要注册中心的服务发现结构MultiServersDiscovery，它允许手动维护服务列表：

type MultiServersDiscovery struct {
    r       *rand.Rand      // 随机数生成器
    mu      sync.RWMutex    // 保护servers和index
    servers []string        // 服务地址列表
    index   int             // 记录轮询位置
}

这个实现包含了线程安全的服务列表管理，以及随机选择和轮询两种策略的具体实现。

负载均衡客户端实现

基于上述服务发现，我们构建了支持负载均衡的客户端XClient：

type XClient struct {
    d       Discovery       // 服务发现实例
    mode    SelectMode      // 负载均衡策略
    opt     *Option         // 协议选项
    mu      sync.Mutex      // 保护clients
    clients map[string]*Client // 已建立的连接缓存
}

XClient的关键功能包括：

连接复用：缓存已建立的连接，避免重复创建
负载均衡调用：根据策略选择实例并发送请求
广播调用：向所有实例发送请求并收集结果

连接复用实现

func (xc *XClient) dial(rpcAddr string) (*Client, error) {
    xc.mu.Lock()
    defer xc.mu.Unlock()
    
    // 检查缓存中是否有可用连接
    client, ok := xc.clients[rpcAddr]
    if ok && !client.IsAvailable() {
        _ = client.Close()
        delete(xc.clients, rpcAddr)
        client = nil
    }
    
    // 没有可用连接则创建新连接
    if client == nil {
        var err error
        client, err = XDial(rpcAddr, xc.opt)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        xc.clients[rpcAddr] = client
    }
    return client, nil
}

广播调用实现

广播调用是一个很有用的功能，它可以同时向所有服务实例发送请求：

func (xc *XClient) Broadcast(ctx context.Context, serviceMethod string, args, reply interface{}) error {
    servers, err := xc.d.GetAll()
    if err != nil {
        return err
    }
    
    var wg sync.WaitGroup
    var mu sync.Mutex
    var e error
    replyDone := reply == nil
    
    ctx, cancel := context.WithCancel(ctx)
    defer cancel()
    
    for _, rpcAddr := range servers {
        wg.Add(1)
        go func(rpcAddr string) {
            defer wg.Done()
            var clonedReply interface{}
            if reply != nil {
                clonedReply = reflect.New(reflect.ValueOf(reply).Elem().Type()).Interface()
            }
            err := xc.call(rpcAddr, ctx, serviceMethod, args, clonedReply)
            
            mu.Lock()
            if err != nil && e == nil {
                e = err
                cancel() // 任一失败则取消其他调用
            }
            if err == nil && !replyDone {
                reflect.ValueOf(reply).Elem().Set(reflect.ValueOf(clonedReply).Elem())
                replyDone = true
            }
            mu.Unlock()
        }(rpcAddr)
    }
    wg.Wait()
    return e
}

广播调用的特点：

并发发送请求提高效率
使用互斥锁保证线程安全
任一实例失败则快速取消其他调用
只使用第一个成功的回复结果

示例演示

我们通过一个示例来验证负载均衡功能：

func main() {
    // 启动两个服务实例
    ch1 := make(chan string)
    ch2 := make(chan string)
    go startServer(ch1)
    go startServer(ch2)
    addr1, addr2 := <-ch1, <-ch2

    // 创建负载均衡客户端
    d := xclient.NewMultiServerDiscovery([]string{addr1, addr2})
    xc := xclient.NewXClient(d, xclient.RandomSelect, nil)
    defer xc.Close()

    // 并发调用测试
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(i int) {
            defer wg.Done()
            var reply int
            err := xc.Call(context.Background(), "Foo.Sum", &Args{i, i*i}, &reply)
            // 处理结果...
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

运行结果会显示请求被均匀地分配到两个服务实例上，验证了负载均衡的有效性。