การออกแบบระบบ (System Design) 1 แผนการพัฒนา Deep Dive

แผนการพัฒนาทักษะ System Design

1. System Design Deep Dive เจาะลึก Load Balancer

ในโลกของการพัฒนาระบบ ที่ต้องรองรับผู้ใช้จำนวนมหาศาล Load Balancer ไม่ใช่แค่ "ทางเลือก" แต่เป็น "สิ่งจำเป็น" มันคือฮีโร่ที่ทำงานอยู่เบื้องหลัง คอยควบคุมการจราจรของข้อมูล (Traffic) ไม่ให้ระบบของเราล่มเมื่อมีผู้ใช้เข้ามาพร้อมกันจำนวนมาก

Load Balancer คืออะไร

Load Balancer คือ อุปกรณ์ (Hardware) หรือซอฟต์แวร์ (Software) ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางคอยรับคำขอ (Request) จากผู้ใช้ทั้งหมด ก่อนจะกระจายคำขอเหล่านั้นไปยังเซิร์ฟเวอร์ (Server) ที่อยู่ในกลุ่ม (Server Farm หรือ Server Pool) อย่างชาญฉลาด เพื่อไม่ให้มีเซิร์ฟเวอร์ตัวใดตัวหนึ่งต้องทำงานหนักจนเกินไป

กลยุทธ์การกระจาย Traffic (Load Balancing Algorithms)

การตัดสินใจว่าจะส่ง Traffic ไปที่เซิร์ฟเวอร์ตัวไหนนั้น ขึ้นอยู่กับ "อัลกอริทึม" หรือกลยุทธ์ที่ตั้งค่าไว้ ซึ่งแต่ละแบบก็มีจุดเด่นและเหมาะกับสถานการณ์ที่แตกต่างกันไป

1. Round Robin (สลับกันไปเรื่อยๆ)

นี่คือกลยุทธ์ที่ง่ายที่สุด Load Balancer จะส่ง Traffic ไปยังเซิร์ฟเวอร์แต่ละตัวตามลำดับ วนไปเรื่อยๆ เหมือนการแจกไพ่ทีละใบ

• การทำงาน: Request ที่ 1 -> Server 1, Request ที่ 2 -> Server 2, Request ที่ 3 -> Server 3, Request ที่ 4 -> กลับไป Server 1...
• ข้อดี: ง่ายต่อการติดตั้งและทำความเข้าใจ
• ข้อเสีย: ไม่ได้คำนึงถึงภาระงาน (Load) หรือความสามารถของแต่ละเซิร์ฟเวอร์เลย หากเซิร์ฟเวอร์แต่ละตัวมีสเปคไม่เท่ากัน หรือมีบาง Request ที่ใช้เวลาประมวลผลนานกว่าปกติ อาจทำให้เซิร์ฟเวอร์บางตัวทำงานหนักกว่าตัวอื่นได้
• เหมาะกับ: ระบบที่เซิร์ฟเวอร์ทุกตัวมีสเปคใกล้เคียงกัน และงานที่ประมวลผลในแต่ละ Request ใช้เวลาไม่แตกต่างกันมากนัก

2. Least Connections (ส่งให้เครื่องที่งานน้อยสุด)

กลยุทธ์นี้จะฉลาดขึ้นมาอีกระดับ โดย Load Balancer จะคอยนับว่าในขณะนั้น เซิร์ฟเวอร์แต่ละตัวมี Connection ที่กำลังทำงานอยู่กี่อัน แล้วจะส่ง Request ใหม่ไปยังเซิร์ฟเวอร์ที่มี Connection น้อยที่สุด

• การทำงาน: ก่อนส่ง Request ใหม่ จะเช็คว่า Server 1 มี 5 Connections, Server 2 มี 3 Connections, Server 3 มี 4 Connections -> ดังนั้นจะส่ง Request ใหม่ไปที่ Server 2
• ข้อดี: กระจายงานได้ดีกว่า Round Robin โดยเฉพาะเมื่อแต่ละ Request ใช้เวลาประมวลผลไม่เท่ากัน ช่วยให้ภาระงานของแต่ละเซิร์ฟเวอร์ใกล้เคียงกันมากขึ้น
• ข้อเสีย: ต้องใช้ทรัพยากรในการตรวจสอบสถานะ Connection ของทุกเซิร์ฟเวอร์ตลอดเวลา
• เหมาะกับ: ระบบที่ระยะเวลาในการประมวลผลของแต่ละ Request แตกต่างกันอย่างชัดเจน

3. IP Hash (ยึดตาม IP ผู้ใช้)

กลยุทธ์นี้จะใช้ IP Address ของผู้ใช้มาผ่านกระบวนการทางคณิตศาสตร์ (Hashing) เพื่อสร้างค่าที่ไม่ซ้ำกัน แล้วส่ง Request จาก IP นั้นๆ ไปยังเซิร์ฟเวอร์เดิมเสมอ

• การทำงาน: ผู้ใช้ที่มี IP 203.0.113.10 จะถูกส่งไปที่ Server 2 เสมอ ตราบใดที่ Server 2 ยังทำงานอยู่
• ข้อดี: เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องจดจำสถานะของผู้ใช้ (Stateful Application) เช่น ตะกร้าสินค้าในเว็บ E-commerce หรือข้อมูล Session ของผู้ใช้ที่ล็อกอินอยู่ ทำให้ผู้ใช้คนเดิมได้คุยกับเซิร์ฟเวอร์ตัวเดิมตลอด ไม่ต้องล็อกอินใหม่หรือสินค้าในตะกร้าไม่หาย
• ข้อเสีย: หากมีการกระจายตัวของ IP ไม่ดี (เช่น ผู้ใช้ส่วนใหญ่มาจากบริษัทเดียวกัน ใช้ IP เดียวกัน) อาจทำให้ Traffic ไปกระจุกอยู่ที่เซิร์ฟเวอร์ตัวเดียว และหากเซิร์ฟเวอร์ตัวนั้นล่ม ผู้ใช้ทั้งหมดที่เคยเชื่อมต่ออยู่จะหลุดออกจากระบบทันที
• เหมาะกับ: ระบบที่ต้องการ "Session Persistence" หรือความต่อเนื่องของ Session

สถานการณ์จริง: เลือกใช้กลยุทธ์ไหนดี?

การเลือกอัลกอริทึมของ Load Balancer ไม่ใช่เรื่องของ "ดีที่สุด" แต่เป็นเรื่องของ "เหมาะสมที่สุด" กับลักษณะของแอปพลิเคชันและพฤติกรรมการใช้งาน การทำความเข้าใจจุดเด่นและข้อจำกัดของแต่ละกลยุทธ์ จะช่วยให้เราสามารถออกแบบสถาปัตยกรรมที่ทั้งยืดหยุ่น, ทนทาน และพร้อมรับมือกับการเติบโตในอนาคตได้อย่างมั่นใจ

แผนนี้จะช่วยให้คุณมีความเข้าใจที่ลึกซึ้งและสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการทำงานหรือการสัมภาษณ์งานได้จริง ด้วยสถาปัตยกรรมที่แบ่งหน้าที่กันอย่างชัดเจนและออกแบบมาเพื่อการขยายตัวเช่นนี้ ระบบจึงสามารถเติบโตจากผู้ใช้ศูนย์คนไปสู่หลักล้านคนได้อย่างมั่นคง มีประสิทธิภาพ และพร้อมให้บริการตลอดเวลา นี่คือรากฐานสำคัญของการสร้างผลิตภัณฑ์ดิจิทัลที่ประสบความสำเร็จในระยะยาว