负载均衡与代理¶

学习目标¶

学完本章后，学习者应该能够：

区分四层负载均衡和七层负载均衡。
理解反向代理、Nginx、LVS、云负载均衡和 API Gateway 的职责。
理解一致性哈希在负载分配中的作用。
能解释代理层如何影响真实 IP、协议、超时和错误码。

四层与七层负载均衡¶

四层负载均衡工作在传输层，主要根据 IP 和端口转发 TCP / UDP 流量。

七层负载均衡工作在应用层，能理解 HTTP Host、Path、Header 等信息。

类型	关注点	常见用途
四层	IP、端口、连接	高性能 TCP 转发
七层	HTTP 语义	路由、鉴权、灰度、Header 处理

反向代理¶

反向代理位于客户端和服务端之间，对客户端表现为服务端，对后端服务表现为客户端。

常见能力：

TLS 终止。
路由转发。
压缩。
限流。
鉴权。
日志记录。
灰度发布。

Nginx、Envoy、云负载均衡、Ingress Controller 都可能承担类似角色。

API Gateway¶

API Gateway 更靠近业务入口，通常包含：

认证授权。
限流。
路由。
协议转换。
请求签名。
统一日志和指标。
多租户隔离。

它不是简单代理，而是 API 治理入口。

一致性哈希¶

一致性哈希用于减少节点变更时的 key 迁移量。负载均衡中可以用它实现会话粘滞、缓存路由或按租户稳定路由。

但它也可能带来负载不均，需要虚拟节点、权重和热点保护。

Go 后端实际应用例子¶

例子一：从可信代理获取真实 IP¶

func ClientIPFromTrustedProxy(r *http.Request, trusted bool) string {
    if trusted {
        if ip := r.Header.Get("X-Forwarded-For"); ip != "" {
            return strings.TrimSpace(strings.Split(ip, ",")[0])
        }
    }
    host, _, err := net.SplitHostPort(r.RemoteAddr)
    if err != nil {
        return r.RemoteAddr
    }
    return host
}

只有确认请求来自可信代理时，才应该信任 X-Forwarded-For。

例子二：健康检查接口¶

func readiness(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    if !dependenciesReady() {
        http.Error(w, "not ready", http.StatusServiceUnavailable)
        return
    }
    w.WriteHeader(http.StatusNoContent)
}

负载均衡依赖健康检查决定是否转发流量。健康检查写错，会导致流量打到不可用实例，或健康实例被误摘除。

常见误区¶

误区一：负载均衡只负责平均分流。

它还涉及健康检查、连接复用、TLS、超时、重试、路由和可观测性。

误区二：代理层错误码一定来自后端服务。

502、503、504 可能由代理产生，未必进入后端应用。

误区三：真实 IP 一定在 RemoteAddr。

经过代理后，RemoteAddr 通常是上一跳代理地址。真实 IP 需要代理正确传递，并由服务端谨慎信任。

线上问题案例¶

某服务发布后，网关大量 504，但应用日志没有对应请求。排查发现网关到后端连接超时，请求没有进入应用处理逻辑。

修复方式是检查后端 Service、Pod readiness、监听地址、网关 upstream 配置、网络策略和代理超时设置。

实战任务¶

设计一个 API Gateway 到 Go 服务的转发链路：

Gateway 负责 TLS 终止。
Gateway 注入 X-Request-ID。
Gateway 传递真实 IP。
Go 服务提供 readiness 接口。
说明 502、503、504 可能分别代表什么。

参考答案

链路可以是 Client -> Gateway -> Go Service。Gateway 终止 TLS 后转发 HTTP 到后端，并设置 X-Request-ID、X-Forwarded-For、X-Forwarded-Proto。Go 服务只信任来自 Gateway 网段的转发头，并在日志中记录 request id。

502 通常表示网关无法从上游获得有效响应，例如连接被重置、协议错误；503 可能表示上游不可用或无健康实例；504 通常表示网关等待上游响应超时。具体含义要结合网关实现和日志。

面试题¶

1. 四层和七层负载均衡有什么区别？¶

参考答案

四层负载均衡基于 IP、端口和连接转发，通常性能高，适合 TCP / UDP 流量。七层负载均衡理解 HTTP 等应用层协议，可以根据 Host、Path、Header 做路由、鉴权、灰度和限流。

选择哪种取决于协议类型、性能要求和是否需要应用层治理能力。

2. 反向代理会如何影响后端服务？¶

参考答案

反向代理可能改变源 IP、终止 TLS、重写 Header、复用连接、设置超时、生成错误码，并影响请求日志中的远端地址。

后端服务需要理解代理传递的 Header、真实 IP 信任边界、超时配置和健康检查规则。

3. API Gateway 和普通反向代理有什么区别？¶

参考答案

普通反向代理主要负责转发、TLS、路由和基础负载均衡。API Gateway 更强调 API 治理，通常包含认证授权、限流、签名校验、协议转换、审计日志、租户隔离和统一观测。

Gateway 是业务入口的一部分，设计时要关注稳定性和安全边界。