負載平衡 (Load Balancing)

更新於 2025/06/04發佈於 2025/06/04閱讀時間約 5 分鐘

定義： 負載平衡是一種技術，用於將網路流量均勻地分配到一組伺服器上，以優化資源利用率、最大化吞吐量、最小化響應時間，並避免任何單一伺服器過載。
目的：
- 提高性能： 讓多台伺服器共同處理請求，加快響應速度。
- 提升可用性： 如果某台伺服器故障，負載平衡器會自動將流量導向到其他健康的伺服器，避免服務中斷。
- 實現可擴展性： 當流量增加時，可以輕鬆地增加伺服器數量，負載平衡器會自動將新的伺服器納入管理。

負載平衡功能通常由一個專門的設備或軟體來實現，這個就是負載平衡器 (Load Balancer)。

類型：
- 硬體負載平衡器 (Hardware Load Balancers)： 專門的物理設備，通常性能強大，適用於大型企業和數據中心。例如 F5 BIG-IP。
- 軟體負載平衡器 (Software Load Balancers)： 可以在通用伺服器上安裝的軟體，通常更靈活，成本較低，適合雲端和虛擬化環境。例如 Nginx、HAProxy。
- 雲端負載平衡器 (Cloud Load Balancers)： 雲端服務供應商提供的託管服務，完全由雲端供應商管理，按需付費。例如 AWS Elastic Load Balancing (ELB)、Azure Load Balancer、Google Cloud Load Balancing。

用戶請求： 當用戶發出請求（例如訪問網站）時，這個請求不會直接到達某一台伺服器，而是先到達負載平衡器。
健康檢查 (Health Checks)： 負載平衡器會持續對後端的伺服器進行健康檢查（例如 Ping 伺服器、檢查指定埠口是否響應、應用程式是否正常），確保只將流量發送到健康的伺服器。如果某台伺服器故障，負載平衡器會將它從可用池中移除。
流量分配： 負載平衡器根據預設的負載平衡演算法，將請求分發到一個或多個健康的後端伺服器。
伺服器回應： 後端伺服器處理請求後，將回應直接或透過負載平衡器返回給用戶。

負載平衡器如何決定把請求分給哪台伺服器？這取決於其使用的演算法：

輪詢 (Round Robin)： 按照順序，將請求依序分發給每一台伺服器。
- 比喻： 服務生按照座位順序，一個接一個地送菜。
- 優點： 最簡單、公平。
- 缺點： 不考慮伺服器的實際負載或性能差異。
加權輪詢 (Weighted Round Robin)： 給性能更好的伺服器分配更高的權重，讓它接收更多的請求。
- 比喻： 讓跑得快的服務生多跑幾趟。
最少連線數 (Least Connections)： 將新的請求分發給當前連線數最少的伺服器。
- 比喻： 哪個服務生手上正在處理的客人最少，就派他去服務新客人。
- 優點： 較能反映伺服器的實時負載。
IP 雜湊 (IP Hash)： 根據用戶的 IP 位址進行雜湊運算，將來自同一個 IP 的請求始終分發到同一台伺服器。
- 比喻： 同一個客人，每次來都安排同一個服務生服務。
- 優點： 有助於保持會話的「黏性」（Session Persistence），對於某些需要保持會話狀態的應用程式很有用。
- 缺點： 如果某些 IP 請求量特別大，可能導致負載不均。
最少響應時間 (Least Response Time)： 將請求分發給響應時間最短（即最快）的伺服器。
- 比喻： 哪個服務生現在手腳最快，就讓她服務新客人。