基于Nginx+sticky 实现cookie 负载均衡的建设与研究

摘要：为解决在某些场景中前端CDN、局域网、客户端集中NAT出口IP等多人来访时，出现IP访问倾斜、丢失和负载不均衡等问题，通过研究Nginx系统的原理与实现方法，结合Web应用中的Cookie保持会话机制，提出了基于Nginx和sticky模块实现的cookie负载均衡方案。实验结果表明，基于sticky cookie实现可有效解决IP倾斜、丢失和负载不均衡等问题，同时在多人来访、用户量高并发的情况下，能够维持每个会话持久性、一致性和服务器压力均衡性。特别是在应用类集群环境共享状态信息下，Sticky cookie会话保持算法仍有助于提高性能。

关键词：Nginx；负载均衡； Cookie;Session；Sticky

中图分类号：TP308；TP333 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）19-0097-04

0 引言

随着校园网内用户数量和业务量呈指数级的不断增长，特别是Web应用类，面临着访问者数量快速增加的挑战。即便使用高性能的硬件配比，当遇到请求具有突发性时，网络、CPU、I/O等处理能力会急剧上升达到一定的瓶颈。单台服务器的整体性能总是有限的，一台服务器所能提供的并发访问处理能力大约为1 000～5 000个。

目前在Web应用类环境中，client与server建立链接有几种状态：服务请求无状态保持、服务请求有状态保持、保持用户会话一致性、保持连接一致性。实际校园Web应用环境中，大多数是基于有状态、保持用户会话一致性的链接，比如：学生选课、评教、录取、成绩查询等Web业务。为了满足这种高并发[1]、突发性的需求，同时彻底解决在某些场景中出现IP访问倾斜、丢失、负载不均衡问题，本文提出了基于Nginx+sticky实现cookie负载均衡的建设方案，选用多台服务器（节点）共同处理用户请求，并采取一系列策略和技术来应对，以提高系统的高流量、可用性、可扩展性和容错性。

1 Nginx 介绍及负载均衡方式

1.1 Nginx 介绍

Nginx[2]是一款高性能的开源Web服务器和反向代理服务器。它在处理静态资源、负载均衡、反向代理、HTTPS等方面表现出色。Nginx的设计目标是提供高性能、稳定性、热部署、模块化设计、低资源消耗和灵活性，以适应于现代网络环境中构建大规模访问、可伸缩性强的Web应用和负载的需求。综合来说，其强大的特性和灵活性被广泛用于互联网、企业、高校等不同的场景中。同时，持续对Nginx综合的性能、日志、配置、安全性、负载均衡等方面进行分析，也有助于优化系统的运行和提高服务的可用性。

1.2 负载均衡方式

Nginx为 HTTP、TCP 和 UDP 提供多种负载均衡方式[3]，所有这些方式都能够选1525d41453faed8488ed5991ec53a2579f52b40cd75dc069466a476d6dd60040择分配到每个上游服务器的流量权重。选择适当的负载均衡方式取决于应用需求。一些常见的负载均衡方式包括：

1） Round Robin（轮询，默认使用）——可按顺序在上游服务器之间分发请求。

2） 最少连接——向活跃连接数最少的服务器转发请求。

3） 最少时间——基于响应时间和活跃连接数进行综合计算，将请求转发到负载最小的服务器；这是Nginx可提供的独特功能。

4） Hash（哈希）——根据特定的键值分发请求（如客户端IP地址或请求URL） 。若上游服务器集群发生变化，Nginx可以通过应用一致的哈希值来尽量减少负载的重新分配。

5） IP Hash（仅限 HTTP） ——根据客户端IP地址的前三个八位字节进行请求分配。

6） Random with Two Choices—— 随机选择两台服务器并将请求转发到活动连接数较少的服务器，即“最少连接”算法。通过使用Nginx还可以通过“最少时间”算法优化使用效果。

2 基于Nginx+sticky实现cookie负载均衡的建设

2.1 基于Nginx+sticky 实现cookie负载均衡的建设方案

负载均衡是在大规模网络和应用环境中，用于多台服务器之间分配请求，以确保提高性能、流量、扩展以及有效资源利用率的关键工具。在不同场景中，客户与Web应用端建立链接时，大多数是基于服务请求有状态保持、保持用户会话一致性（用户登录状态）的会话方式[4]，例如教务、学工、请销假、实训等Web业务。为了彻底解决在某些场景中出现的IP访问倾斜、丢失、负载不均衡、session不能跨服务器等问题，并根据应用中的实际情况，本文提出基于Nginx+sticky实现cookie负载均衡的建设方案，可以根据具体需求选择合适的负载均衡机制，来实现负载均衡策略[5]。