gRPC负载均衡（自定义负载均衡策略）

前言

上篇文章介绍了如何实现gRPC负载均衡，但目前官方只提供了pick_first和round_robin两种负载均衡策略，轮询法round_robin不能满足因服务器配置不同而承担不同负载量，这篇文章将介绍如何实现自定义负载均衡策略--加权随机法。

加权随机法可以根据服务器的处理能力而分配不同的权重，从而实现处理能力高的服务器可承担更多的请求，处理能力低的服务器少承担请求。

自定义负载均衡策略

gRPC提供了V2PickerBuilder和V2Picker接口让我们实现自己的负载均衡策略。

type V2PickerBuilder interface {
	Build(info PickerBuildInfo) balancer.V2Picker
}

V2PickerBuilder接口：创建V2版本的子连接选择器。

Build方法：返回一个V2选择器，将用于gRPC选择子连接。

type V2Picker interface {
	Pick(info PickInfo) (PickResult, error)
}

V2Picker 接口：用于gRPC选择子连接去发送请求。

Pick方法：子连接选择

问题来了，我们需要把服务器地址的权重添加进去，但是地址resolver.Address并没有提供权重的属性。官方给的答复是：把权重存储到地址的元数据metadata中。

// attributeKey is the type used as the key to store AddrInfo in the Attributes
// field of resolver.Address.
type attributeKey struct{}

// AddrInfo will be stored inside Address metadata in order to use weighted balancer.
type AddrInfo struct {
	Weight int
}

// SetAddrInfo returns a copy of addr in which the Attributes field is updated
// with addrInfo.
func SetAddrInfo(addr resolver.Address, addrInfo AddrInfo) resolver.Address {
	addr.Attributes = attributes.New()
	addr.Attributes = addr.Attributes.WithValues(attributeKey{}, addrInfo)
	return addr
}

// GetAddrInfo returns the AddrInfo stored in the Attributes fields of addr.
func GetAddrInfo(addr resolver.Address) AddrInfo {
	v := addr.Attributes.Value(attributeKey{})
	ai, _ := v.(AddrInfo)
	return ai
}

定义AddrInfo结构体并添加权重Weight属性，Set方法把Weight存储到resolver.Address中，Get方法从resolver.Address获取Weight。

解决权重存储问题后，接下来我们实现加权随机法负载均衡策略。

首先实现V2PickerBuilder接口，返回子连接选择器。

func (*rrPickerBuilder) Build(info base.PickerBuildInfo) balancer.V2Picker {
	grpclog.Infof("weightPicker: newPicker called with info: %v", info)
	if len(info.ReadySCs) == 0 {
		return base.NewErrPickerV2(balancer.ErrNoSubConnAvailable)
	}
	var scs []balancer.SubConn
	for subConn, addr := range info.ReadySCs {
		node := GetAddrInfo(addr.Address)
		if node.Weight <= 0 {
			node.Weight = minWeight
		} else if node.Weight > 5 {
			node.Weight = maxWeight
		}
		for i := 0; i < node.Weight; i++ {
			scs = append(scs, subConn)
		}
	}
	return &rrPicker{
		subConns: scs,
	}
}

加权随机法中，我使用空间换时间的方式，把权重转成地址个数（例如addr1的权重是3，那么添加3个子连接到切片中；addr2权重为1，则添加1个子连接；选择子连接时候，按子连接切片长度生成随机数，以随机数作为下标就是选中的子连接），避免重复计算权重。考虑到内存占用，权重定义从1到5权重。

接下来实现子连接的选择，获取随机数，选择子连接

type rrPicker struct {
	subConns []balancer.SubConn
	mu sync.Mutex
}

func (p *rrPicker) Pick(balancer.PickInfo) (balancer.PickResult, error) {
	p.mu.Lock()
	index := rand.Intn(len(p.subConns))
	sc := p.subConns[index]
	p.mu.Unlock()
	return balancer.PickResult{SubConn: sc}, nil
}

关键代码完成后，我们把加权随机法负载均衡策略命名为weight，并注册到gRPC的负载均衡策略中。

// Name is the name of weight balancer.
const Name = "weight"
// NewBuilder creates a new weight balancer builder.
func newBuilder() balancer.Builder {
	return base.NewBalancerBuilderV2(Name, &rrPickerBuilder{}, base.Config{HealthCheck: false})
}

func init() {
	balancer.Register(newBuilder())
}

完整代码weight.go

最后，我们只需要在服务端注册服务时候附带权重，然后客户端在服务发现时把权重Set到resolver.Address中，最后客户端把负载论衡策略改成weight就完成了。

//SetServiceList 设置服务地址
func (s *ServiceDiscovery) SetServiceList(key, val string) {
	s.lock.Lock()
	defer s.lock.Unlock()
	//获取服务地址
	addr := resolver.Address{Addr: strings.TrimPrefix(key, s.prefix)}
	//获取服务地址权重
	nodeWeight, err := strconv.Atoi(val)
	if err != nil {
		//非数字字符默认权重为1
		nodeWeight = 1
	}
	//把服务地址权重存储到resolver.Address的元数据中
	addr = weight.SetAddrInfo(addr, weight.AddrInfo{Weight: nodeWeight})
	s.serverList[key] = addr
	s.cc.UpdateState(resolver.State{Addresses: s.getServices()})
	log.Println("put key :", key, "wieght:", val)
}

客户端使用weight负载均衡策略

func main() {
	r := etcdv3.NewServiceDiscovery(EtcdEndpoints)
	resolver.Register(r)
	// 连接服务器
	conn, err := grpc.Dial(
		fmt.Sprintf("%s:///%s", r.Scheme(), SerName),
		grpc.WithBalancerName("weight"),
		grpc.WithInsecure(),
	)
	if err != nil {
		log.Fatalf("net.Connect err: %v", err)
	}
	defer conn.Close()

运行效果：

运行服务1，权重为1

运行服务2，权重为4

运行客户端

查看前50次请求在服务1和服务器2的负载情况。服务1分配了9次请求，服务2分配了41次请求，接近权重比值。

断开服务2，所有请求流向服务1

以权重为4，重启服务2，请求以加权随机法流向两个服务器

总结

本篇文章以加权随机法为例，介绍了如何实现gRPC自定义负载均衡策略，以满足我们的需求。

源码地址：https://github.com/Bingjian-Zhu/etcd-example