算法练习(20)平滑加权轮询算法

所有负载均衡的场景几乎都会用到这个算法：假设有2个服务器A、B，其中A的分配权重为80，B的分配权重为20，当有5个请求过来时，A希望分到4次，B希望分到1次。

一个很自然的想法：A-A-A-A-B ，按权重顺序依次分配，同时计数，每分配1次，计数减1，减到0后，再分配『次权重』的服务器。

看上去好象也凑合能用，但如果A:B的权重是100:1，A-A...-A-...(100次后)，才分到B，B要坐很长时间的冷板凳，这显然不太好。

于是就有了个这个算法，它的思路如下：

初始状态时，配置的权重为：{A:80, B:20}，然后给每个服务器，加1个动态的当前权重(curWeight)，默认为0，按以下步骤：

1、curWeight += weight (注：weight为配置的权重)

2、挑选curWeight最大的，做为本次分配的结果，然后将curWeight -= sum(weight) ，即：分到的服务器，其动态权重- sum(配置权重)

3、开始下1次分配，分配前将每台服务器上的curWeight += weight(即：重复步骤1）

不断重复上述过程即可，下面分解下具体过程：

weight 初始状态：{80, 20}，curWeight初始状态：{0，0}

请求 次数	curWeight += weight	max(curWeight)	curWeight -= sum(weight)
1	{0,0}+{80,20} = {80,20}	80，即A	{80 - 100 ,20} = {-20, 20}
2	{-20，20}+{80,20} ={60,40}	60，即A	{60-100 ,40} = {-40, 40}
3	{-40, 40}+{80,20}={40,60}	60，即B	{40, 60-100} = {40, -40}
4	{40, -40}+{80,20}={120,-20}	120，即A	{120-100,-20} = {20, -20}
5	{20, -20}+{80,20}={100,0}	100，即A	{100-100,0} = {0,0} 　　 注：所有服务器curWeight归0时，这一轮分配就结束， 下次又回到原点，开始轮回

所以，最终分配的顺序就是 A - A - B - A - A，比原来的A - A - A - A - B，是不是更为合理？ 这个算法巧妙的地方在于，每一轮分配完成，所有服务器的动态权重都会归0，回到初始状态！另外1个优势在于，它能让所有权重的服务器，尽早分配到，而非等到高权重的服务器分配完，才轮到自己。

想想这其中的数学原理也不复杂，每次分到的服务器，其curWeight 减掉了 配置权重的总和sum(weight)，然后下次分配前，又将配置权重加回来了，所以一减一加，正好抵消。

理解其中的原理后，用java代码来实现一把：

先定义一个服务器类： 

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class ServerInfo {

    /**
     * 服务器主机名
     */
    public  String hostName;

    /**
     * (静态)权重
     */
    public Integer weight;

    /**
     * 当前动态权重
     */
    public Integer curWeight;
}

然后开干：

/**
 * 平滑加权轮询算法 示例
 * by 菩提树下的杨过 yjmyzz.cnblogs.com
 *
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {

    List<ServerInfo> serverList = new ArrayList<>();
    serverList.add(new ServerInfo("A", 80, 0));
    serverList.add(new ServerInfo("B", 20, 0));

    //模拟2轮请求
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {

        int sumWeight = 0;
        int maxWeight = 0;
        ServerInfo currentServer = null;

        //找出最大的动态权重
        for (ServerInfo serverInfo : serverList) {
            serverInfo.curWeight += serverInfo.weight;
            sumWeight += serverInfo.curWeight;
            maxWeight = Math.max(maxWeight, serverInfo.curWeight);
            if (maxWeight == serverInfo.curWeight) {
                currentServer = serverInfo;
            }
        }

        //输出本次请求的选中结果，并更新选中节点的动态权重
        currentServer.curWeight -= sumWeight;
        //实际应用时，下面这行，应该是将请求，转发到这台服务器
        System.out.print(currentServer.hostName + " ");
        
        //(以下为辅助代码) 每轮结束时，辅助输出换行
        boolean roundEnd = true;
        for (ServerInfo serverInfo : serverList) {
            if (serverInfo.curWeight != 0) {
                roundEnd = false;
            }
        }
        if (roundEnd) {
            System.out.println("");
        }
    }
}

输出：

A A B A A
A A B A A

最后扩展一下，这个算法不仅仅可用于负载均衡，很多业务系统也能用到，比如：在线客服系统，当有客人来咨询时，系统会从空闲的客服列表里，分配一个适合的客服来为其服务。因为客服的业务能力不同，能力强的客服可以配置更高权重，多分一些进线给他，反之新人就少分配一些，只要为客服的权重标签设置不同的值即可。