Spring Cloud微服务中粘性会话负载均衡的实现与架构考量

1. 负载均衡概述与粘性会话概念

在微服务架构中，负载均衡是确保服务实例之间请求均匀分布的关键组件，以提高系统的可用性和可伸缩性。spring cloud loadbalancer作为spring cloud生态系统中的核心组件，默认采用轮询（round-robin）策略。这意味着来自客户端的连续请求可能会被分发到不同的服务实例上。

然而，在某些特定场景下，我们可能需要“粘性会话”（Sticky Session）功能。粘性会话，也称为会话亲和性，是指在负载均衡器后面，来自同一客户端的所有请求都将被路由到同一个服务实例。这通常通过在客户端设置一个Cookie或在请求中包含特定标识来实现，负载均衡器根据此标识将请求转发到之前处理过该客户端请求的特定服务实例。

2. Spring Cloud LoadBalancer中粘性会话的实现

Spring Cloud LoadBalancer提供了一种机制来实现请求基于的粘性会话。核心在于使用RequestBasedStickySessionServiceInstanceListSupplier。

2.1 默认负载均衡行为

Spring Cloud LoadBalancer的默认行为是轮询。这意味着如果你没有进行任何特殊配置，你的微服务请求将以轮询方式在所有可用的服务实例间进行分发。

2.2 配置粘性会话

要启用粘性会话，你可以通过两种主要方式进行配置：

方法一：通过应用程序配置（bootstrap.yml或application.yml）

在Spring Cloud Gateway或其他使用Spring Cloud LoadBalancer的应用程序中，可以通过设置spring.cloud.loadbalancer.configurations属性来启用请求基于的粘性会话。

spring:
  cloud:
    loadbalancer:
      configurations: request-based-sticky-session

此配置会指示Spring Cloud LoadBalancer使用预定义的粘性会话配置。

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方法二：通过Java Bean定义

对于更精细的控制或自定义逻辑，你可以通过创建一个ServiceInstanceListSupplier的Bean来配置粘性会话。

import org.springframework.cloud.client.loadbalancer.reactive.RequestBasedStickySessionServiceInstanceListSupplier;
import org.springframework.cloud.loadbalancer.core.ServiceInstanceListSupplier;
import org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CustomLoadBalancerConfiguration {

    @Bean
    public ServiceInstanceListSupplier discoveryClientServiceInstanceListSupplier(
            ConfigurableApplicationContext context) {
        // 构建一个ServiceInstanceListSupplier，结合服务发现和请求基于的粘性会话
        return ServiceInstanceListSupplier.builder()
                    .withDiscoveryClient() // 启用通过服务发现获取实例
                    .withRequestBasedStickySession() // 启用请求基于的粘性会话
                    .build(context);
    }
}

在这个示例中：

• withDiscoveryClient()确保负载均衡器能够从服务发现组件（如Eureka）获取可用的服务实例。
• withRequestBasedStickySession()是启用粘性会话的关键方法。它会根据请求中的特定标识（通常是Cookie）来尝试将请求路由到之前处理过该客户端请求的同一服务实例。

注意事项： 在使用粘性会话时，必须妥善处理Cookie。负载均衡器通常会依赖客户端发送的特定Cookie来识别会话并进行路由。确保你的应用程序和客户端正确地管理和发送这些Cookie。

3. 粘性会话的架构考量与最佳实践

尽管粘性会话在某些传统应用场景（如JSP/Servlet容器中的会话管理）中很常见，但在现代微服务架构中，它通常被视为一种“反模式”或非最优设计。强烈建议在决定使用粘性会话之前，深入理解其背后的原因，并尽可能调整应用程序架构以避免对其的依赖。

3.1 为什么应避免粘性会话？

1. 降低可伸缩性： 粘性会话限制了请求在所有可用服务实例间的自由分发。如果某个实例负载过高，即使有其他空闲实例，粘性会话也会强制将特定客户端的请求继续发送到该高负载实例，从而影响整体系统的伸缩能力和性能。
2. 影响弹性与可用性： 如果一个粘性会话所依赖的服务实例发生故障，那么所有与该实例绑定的客户端会话都将中断，即使有其他健康的实例也无法接管，导致服务中断。这与微服务追求的高可用性原则相悖。
3. 复杂性增加： 管理粘性会话（例如，会话过期、实例重启时的会话丢失）会增加架构的复杂性。
4. 违背无状态原则： 微服务架构的一个核心原则是服务应是无状态的。这意味着任何服务实例都应该能够处理任何请求，而不需要依赖之前请求的上下文信息。将会话状态保存在单个服务实例上，违背了这一原则，使得服务实例不再是可互换的。

3.2 替代方案与推荐实践

为了构建健壮、可伸缩和弹性的微服务系统，推荐采用以下策略来避免对粘性会话的依赖：

1. 无状态服务设计： 将所有会话状态、用户偏好或购物车信息等从服务实例中剥离出来，存储在外部的、可共享的存储中，例如：
   • 分布式缓存： Redis、Memcached等。
   • 数据库： 关系型数据库或NoSQL数据库。
   • 消息队列： 用于异步处理和状态传递。 这样，任何服务实例都可以处理任何请求，因为它们可以从共享存储中获取所需的所有状态信息。
2. 使用JWT (JSON Web Tokens) 进行认证： 对于用户认证和授权，使用JWT可以避免在服务器端维护会话状态。JWT是自包含的，客户端每次请求时携带，服务实例可以独立验证其有效性。
3. 客户端会话管理： 某些情况下，可以将部分会话信息加密后存储在客户端的Cookie中，每次请求时发送给服务器。但要注意安全性、大小限制和敏感信息处理。

4. 总结

Spring Cloud LoadBalancer确实提供了实现粘性会话负载均衡的能力，主要通过配置RequestBasedStickySessionServiceInstanceListSupplier来实现。然而，在现代微服务架构中，强烈建议避免使用粘性会话。粘性会话可能导致可伸缩性、弹性和可用性问题，并违背了微服务无状态的核心原则。构建无状态服务，并将状态外部化到共享的、高可用的存储中，是实现真正弹性、可伸缩微服务的推荐路径。在考虑使用粘性会话时，务必权衡其利弊，并优先考虑采用无状态的架构设计。

以上就是Spring Cloud微服务中粘性会话负载均衡的实现与架构考量的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！