當一個Web系統從日訪問量10萬逐步增長到1000萬，甚至超過1億的過程中，Web系統承受的壓力會越來越大，在這個過程中，我們會遇到很多的問題。為了解決這些性能壓力帶來問題，我們需要通過搭建不同的服務和架構來解決。
當單機容量達到極限時，我們需要考慮業務拆分和分佈式部署，來解決大型網站訪問量大，併發量高，海量數據的問題。從單機到分佈式，很重要的區別是業務拆分和分佈式部署，將應用拆分後，部署到不同的機器上，實現大規模分佈式系統。分佈式和業務拆分解決了，從集中到分佈的問題，但是每個部署的獨立業務還存在單點的問題和訪問統一入口問題，為解決單點故障，我們可以採取冗餘的方式。將相同的應用部署到多臺機器上。解決訪問統一入口問題，我們可以在集群前面增加負載均衡設備，實現流量分發。
Web負載均衡（Load Balancing），簡單地說就是將負載（工作任務，訪問請求）進行平衡、分攤到多個操作單元（服務器，組件）上進行執行。對於保護處於後端的Web服務器來說，非常重要，是解決高性能，單點故障（高可用），擴展性（水平伸縮）的終極解決方案。
負載均衡的策略有很多，我們從簡單的講起哈。
HTTP負載均衡
當用戶發來請求的時候，Web服務器通過修改HTTP響應頭中的Location標記來返回一個新的url，然後瀏覽器再繼續請求這個新url，實際上就是頁面重定向。通過重定向，來達到“負載均衡”的目標。例如，我們在下載PHP源碼包的時候，點擊下載鏈接時，為了解決不同國家和地域下載速度的問題，它會返回一個離我們近的下載地址。重定向的HTTP返回碼是302，如下圖：
如果使用PHP代碼來實現這個功能，方式如下：
這個重定向非常容易實現，並且可以自定義各種策略。但是，它在大規模訪問量下，性能不佳。而且，給用戶的體驗也不好，實際請求發生重定向，增加了網絡延時。
反向代理負載均衡
反向代理服務的核心工作主要是轉發HTTP請求，扮演了瀏覽器端和後臺Web服務器中轉的角色。因為它工作在HTTP層（應用層），也就是網絡七層結構中的第七層，因此也被稱為“七層負載均衡”。可以做反向代理的軟件很多，比較常見的一種是Nginx。
Nginx是一種非常靈活的反向代理軟件，可以自由定製化轉發策略，分配服務器流量的權重等。反向代理中，常見的一個問題，就是Web服務器存儲的session數據，因為一般負載均衡的策略都是隨機分配請求的。同一個登錄用戶的請求，無法保證一定分配到相同的Web機器上，會導致無法找到session的問題。
解決方案主要有兩種：
1、配置反向代理的轉發規則，讓同一個用戶的請求一定落到同一臺機器上（通過分析cookie），複雜的轉發規則將會消耗更多的CPU，也增加了代理服務器的負擔。
2、將session這類的信息，專門用某個獨立服務來存儲，例如redis/memchache，這個方案是比較推薦的。
反向代理服務，也是可以開啟緩存的，如果開啟了，會增加反向代理的負擔，需要謹慎使用。這種負載均衡策略實現和部署非常簡單，而且性能表現也比較好。但是，它有“單點故障”的問題，如果掛了，會帶來很多的麻煩。而且，到了後期Web服務器繼續增加，它本身可能成為系統的瓶頸。
IP負載均衡
IP負載均衡服務是工作在網絡層（修改IP）和傳輸層（修改端口，第四層），比起工作在應用層（第七層）性能要高出非常多。原理是，他是對IP層的數據包的IP地址和端口信息進行修改，達到負載均衡的目的。這種方式，也被稱為“四層負載均衡”。常見的負載均衡方式，是LVS（Linux Virtual Server，Linux虛擬服務），通過IPVS（IP Virtual Server，IP虛擬服務）來實現。
在負載均衡服務器收到客戶端的IP包的時候，會修改IP包的目標IP地址或端口，然後原封不動地投遞到內部網絡中，數據包會流入到實際Web服務器。實際服務器處理完成後，又會將數據包投遞迴給負載均衡服務器，它再修改目標IP地址為用戶IP地址，最終回到客戶端。
上述的方式叫LVS-NAT，除此之外，還有LVS-RD（直接路由），LVS-TUN（IP隧道），三者之間都屬於LVS的方式，但是有一定的區別，篇幅問題，不贅敘。
IP負載均衡的性能要高出Nginx的反向代理很多，它只處理到傳輸層為止的數據包，並不做進一步的組包，然後直接轉發給實際服務器。不過，它的配置和搭建比較複雜。
DNS負載均衡
DNS（Domain Name System）負責域名解析的服務，域名url實際上是服務器的別名，實際映射是一個IP地址，解析過程，就是DNS完成域名到IP的映射。而一個域名是可以配置成對應多個IP的。因此，DNS也就可以作為負載均衡服務。
這種負載均衡策略，配置簡單，性能極佳。但是，不能自由定義規則，而且，變更被映射的IP或者機器故障時很麻煩，還存在DNS生效延遲的問題。
DNS/GSLB負載均衡
我們常用的CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）實現方式，其實就是在同一個域名映射為多IP的基礎上更進一步，通過GSLB（Global Server Load Balance，全局負載均衡）按照指定規則映射域名的IP。一般情況下都是按照地理位置，將離用戶近的IP返回給用戶，減少網絡傳輸中的路由節點之間的跳躍消耗。
圖中的“向上尋找”，實際過程是LDNS（Local DNS）先向根域名服務（Root Name Server）獲取到頂級根的Name Server（例如.com的），然後得到指定域名的授權DNS，然後再獲得實際服務器IP。
CDN在Web系統中，一般情況下是用來解決大小較大的靜態資源（html/Js/Css/圖片等）的加載問題，讓這些比較依賴網絡下載的內容，儘可能離用戶更近，提升用戶體驗。
例如，我訪問了一張imgcache.gtimg.cn上的圖片（騰訊的自建CDN，不使用qq.com域名的原因是防止http請求的時候，帶上了多餘的cookie信息），我獲得的IP是183.60.217.90。
這種方式，和前面的DNS負載均衡一樣，不僅性能極佳，而且支持配置多種策略。但是，搭建和維護成本非常高。互聯網一線公司，會自建CDN服務，中小型公司一般使用第三方提供的CDN。
負載均衡就總結到這，下篇會總結web系統緩存機制的建立和優化。
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