dubbo中的负载均衡算法

dubbo中实现了四种负载均衡算法，继承结构图如下：

dubbo-loadbalance.png

依次来介绍这四种负载均衡算法。

RandomLoadBalance(随机算法)

随机算法的代码是：

 protected  Invoker doSelect(List> invokers, URL url, Invocation invocation) {
        int length = invokers.size(); // 总个数
        int totalWeight = 0; // 总权重
        boolean sameWeight = true; // 权重是否都一样
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
            totalWeight += weight; // 累计总权重
            if (sameWeight && i > 0
                    && weight != getWeight(invokers.get(i - 1), invocation)) {
                sameWeight = false; // 计算所有权重是否一样
            }
        }
        if (totalWeight > 0 && ! sameWeight) {
            // 如果权重不相同且权重大于0则按总权重数随机
            int offset = random.nextInt(totalWeight);
            // 并确定随机值落在哪个片断上
            for (int i = 0; i < length; i++) {
                offset -= getWeight(invokers.get(i), invocation);
                if (offset < 0) {
                    return invokers.get(i);
                }
            }
        }
        // 如果权重相同或权重为0则均等随机
        return invokers.get(random.nextInt(length));
    }

代码中已经有详细的注释了。
算法思想大致是根据权重随机选择结点。例如有A、B、C三个结点，权重分别是3、5、8，总权重就是16。该算法就生成[1, 16]的一个随机数r，如果r属于[1, 3]就选择A，r属于[4, 8]就选择B，r属于[9, 16]就选择C。
可以看出，该算法中，每个结点被选中的概率依赖于权重的比例。

RoundRobinLoadBalance(权重轮询算法)

权重轮询算法的代码：

 protected  Invoker doSelect(List> invokers, URL url, Invocation invocation) {
        String key = invokers.get(0).getUrl().getServiceKey() + "." + invocation.getMethodName();
        int length = invokers.size(); // 总个数
        int maxWeight = 0; // 最大权重
        int minWeight = Integer.MAX_VALUE; // 最小权重
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
            maxWeight = Math.max(maxWeight, weight); // 累计最大权重
            minWeight = Math.min(minWeight, weight); // 累计最小权重
        }
        if (maxWeight > 0 && minWeight < maxWeight) { // 权重不一样
            AtomicPositiveInteger weightSequence = weightSequences.get(key);
            if (weightSequence == null) {
                weightSequences.putIfAbsent(key, new AtomicPositiveInteger());
                weightSequence = weightSequences.get(key);
            }
            int currentWeight = weightSequence.getAndIncrement() % maxWeight;
            List> weightInvokers = new ArrayList>();
            for (Invoker invoker : invokers) { // 筛选权重大于当前权重基数的Invoker
                if (getWeight(invoker, invocation) > currentWeight) {
                    weightInvokers.add(invoker);
                }
            }
            int weightLength = weightInvokers.size();
            if (weightLength == 1) {
                return weightInvokers.get(0);
            } else if (weightLength > 1) {
                invokers = weightInvokers;
                length = invokers.size();
            }
        }
        AtomicPositiveInteger sequence = sequences.get(key);
        if (sequence == null) {
            sequences.putIfAbsent(key, new AtomicPositiveInteger());
            sequence = sequences.get(key);
        }
        // 取模轮循
        return invokers.get(sequence.getAndIncrement() % length);
    }

这段算法和常用的权重轮询算法有点差异，不过思想是一样的。
假设有一组服务器S = {S0, S1, …, Sn-1}，W(Si)表示服务器Si的权值，一个指示变量i表示上一次选择的服务器，指示变量cw表示当前调度的权值，max(S)表示集合S中所有服务器的最大权值，gcd(S)表示集合S中所有服务器权值的最大公约数。变量i初始化为-1，cw初始化为零。算法如下：

while (true) {
  i = (i + 1) mod n;
  if (i == 0) {
     //每一轮权重减少一个最大公约数
     cw = cw - gcd(S);
     if (cw <= 0) {
       //初始化cw等于最大权重
       cw = max(S);
       if (cw == 0)
         return NULL;
     }
  }
   
  //轮询所有权重大于cw的结点
  if (W(Si) >= cw)
    return Si;
}

大致思想就是：每一轮循环都只会轮询权重大于cw的节点，而在每一轮循环结束后,cw会减少一个最大公约数，也就有更多节点会参与到轮询之中。当cw小于等于零以后，会被重置成最大的权重值，开始新一轮的循环。

ConsistentHashLoadBalance(一致性hash算法)

一致性hash算法在缓存中应用比较多，网络上有很多材料。
例如：
一致性哈希-维基百科词条
一致性哈希算法的理解与实践

LeastActiveLoadBalance（最少活跃数算法)

代码实现是：

protected  Invoker doSelect(List> invokers, URL url, Invocation invocation) {
        int length = invokers.size(); // 总个数
        int leastActive = -1; // 最小的活跃数
        int leastCount = 0; // 相同最小活跃数的个数
        int[] leastIndexs = new int[length]; // 相同最小活跃数的下标
        int totalWeight = 0; // 总权重
        int firstWeight = 0; // 第一个权重，用于于计算是否相同
        boolean sameWeight = true; // 是否所有权重相同
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            Invoker invoker = invokers.get(i);
            int active = RpcStatus.getStatus(invoker.getUrl(), invocation.getMethodName()).getActive(); // 活跃数
            int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), Constants.WEIGHT_KEY, Constants.DEFAULT_WEIGHT); // 权重
            if (leastActive == -1 || active < leastActive) { // 发现更小的活跃数，重新开始
                leastActive = active; // 记录最小活跃数
                leastCount = 1; // 重新统计相同最小活跃数的个数
                leastIndexs[0] = i; // 重新记录最小活跃数下标
                totalWeight = weight; // 重新累计总权重
                firstWeight = weight; // 记录第一个权重
                sameWeight = true; // 还原权重相同标识
            } else if (active == leastActive) { // 累计相同最小的活跃数
                leastIndexs[leastCount ++] = i; // 累计相同最小活跃数下标
                totalWeight += weight; // 累计总权重
                // 判断所有权重是否一样
                if (sameWeight && i > 0 
                        && weight != firstWeight) {
                    sameWeight = false;
                }
            }
        }
        // assert(leastCount > 0)
        if (leastCount == 1) {
            // 如果只有一个最小则直接返回
            return invokers.get(leastIndexs[0]);
        }
        if (! sameWeight && totalWeight > 0) {
            // 如果权重不相同且权重大于0则按总权重数随机
            int offsetWeight = random.nextInt(totalWeight);
            // 并确定随机值落在哪个片断上
            for (int i = 0; i < leastCount; i++) {
                int leastIndex = leastIndexs[i];
                offsetWeight -= getWeight(invokers.get(leastIndex), invocation);
                if (offsetWeight <= 0)
                    return invokers.get(leastIndex);
            }
        }
        // 如果权重相同或权重为0则均等随机
        return invokers.get(leastIndexs[random.nextInt(leastCount)]);
    }

代码比较简单，结合注释就能理解了。主要思想是记录一个活跃数，这个值保存在RpcStatus里。找到最少活跃数的结点集合后，在这些集合中根据权重随机选择结合（这里的随机选择算法和RandomLoadBalance一样）。