本文详细剖析了Nginx常用负载均衡算法的核心原理和适用场景，包括默认的轮询（Round Robin）算法、加权轮询算法、IP哈希算法、最少连接数算法以及哈希算法。文章通过清晰的理论解析与具体配置示例，帮助开发者深入理解不同算法的特点与局限性，为实际场景选择合适的负载均衡策略提供参考依据。

一.轮询（Round Robin）算法（默认）

1.原理

• 将客户端请求依次循环分配到每个服务器上。

• 无状态，简单高效，但无法考虑服务器性能和负载情况。

2.应用场景

• 各服务器配置、性能相近且请求处理时间相对均衡。

3.示例

upstream myapp {
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
    server 192.168.1.103;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://myapp;
    }
}

以上配置，客户端请求将依次转发到3台服务器。

二.加权轮询（Weighted Round Robin）

1.原理

• 在轮询基础上，根据设定的权重（weight）值，提高或降低服务器被选择的概率。

• 权重越高，被访问次数越多。

2.应用场景

• 服务器硬件差异较大，性能存在明显差异的场景。

3.示例

upstream myapp {
    server 192.168.1.101 weight=3;  # 权重3，占请求的50%
    server 192.168.1.102 weight=2;  # 权重2，占请求的33%
    server 192.168.1.103 weight=1;  # 权重1，占请求的17%
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://myapp;
    }
}

此时，每6个请求中：

• 服务器1分得3个

• 服务器2分得2个

• 服务器3分得1个

三.IP Hash（基于客户端IP哈希算法）

1.原理

• 根据客户端的IP地址进行哈希运算，将来自同一IP的请求始终分发给固定的一台服务器。

• 保证会话一致性（Session Sticky），常用于保持用户登录状态。

2.应用场景

• 用户登录态的Web应用（如购物车、电商、登录会话管理等）。

3.示例

upstream myapp {
    ip_hash;
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
    server 192.168.1.103;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://myapp;
    }
}

来自相同客户端IP的所有请求，都将转发到同一台服务器。

四.最少连接数（Least Connections）

1.原理

• 优先分配请求到当前连接数最少的服务器。

• 动态考虑服务器实际负载情况，适用于处理时间不同的请求，有效避免某台服务器过载。

2.应用场景

• 后端服务器性能差异较大，或请求处理时长不稳定的情况。

3.示例

upstream myapp {
    least_conn;
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
    server 192.168.1.103;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://myapp;
    }
}

Nginx实时统计各服务器连接数，总是选择连接数最少的服务器进行转发。

五.哈希算法（Hash）

1.原理

• 根据特定请求属性（如URL、Cookie、Header）进行哈希计算，将具有相同哈希值的请求分发到同一台服务器。

• 常用于缓存场景，提升缓存命中率。

2.应用场景

• CDN缓存，提升内容缓存命中率。

• 根据URI实现高效缓存策略。

3.示例（基于URI）

upstream myapp {
    hash $request_uri consistent;
    server 192.168.1.101;
    server 192.168.1.102;
    server 192.168.1.103;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://myapp;
    }
}

同一个URI总会被转发到同一服务器，有利于提高缓存利用率。

六.各种算法的比较总结

以上算法选择参考建议，如下所示：

• 若服务器性能均衡，简单使用轮询。

• 若需要考虑性能差异，使用加权轮询。

• 若保持用户状态优先，使用 IP Hash。

• 若实时平衡负载，则用最少连接数算法。

• 若提升缓存效率（如CDN），使用基于哈希的负载均衡算法。

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