一致性Hash算法(分布式算法)
一致性哈希算法是分布式系统中常用的算法，为什么要用这个算法？
比如：一个分布式存储系统，要将数据存储到具体的节点（服务器）上， 在服务器数量不发生改变的情况下，如果采用普通的hash再对服务器总数量取模的方法（如key%服务器总数量），如果期间有服务器宕机了或者需要增加服务器，问题就出来了。 同一个key经过hash之后，再与服务器总数量取模的结果跟之前的结果会不一样，这就导致了之前保存数据的丢失。因此，引入了一致性Hash（Consistent Hashing）分布算法
把数据用hash函数（如md5，sha1)，映射到一个圆环上，如上图所示，数据在存储时，先根据hash算法算出key的hash值，对应到这个环中的位置，如k1对应图中所示的位置同，然后沿着顺时针方向找到服务器节点B，然后把k1在存到B这个节点中。
如果B节点宕机了，则B上的数据就会落到C节点上，如下图所示
这样，只会影响C节点，对于其他节点A、D的数据不会造成影响。但是问题来了，这样会造成C节点负载过重的情况，因为C节点承担了B节点的数据，所以C节点容易宕机，这样造成了分布不均匀。
为了解决这个问题，引入了“虚拟节点“的概念：即想象空上环上有很多”虚拟节点“，一个真实的服务器节点对应多个虚拟节点，数据存储的时候沿着环的顺时针方向找到虚拟节点，就找到了对应的真实服务器节点。如下图
图中的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2都是虚拟节点，机器A负载存储A1、A2的数据，机器B负载存储B1、B2的数据，机器C负载存储C1、C2的数据。由于这些虚拟节点数量很多，均匀分布，因此不会造成“雪崩”现象。
一致性哈希算法的PHP实现
下面给出一个接口
/**
* 一致性哈希实现接口
* Interface ConsistentHash
*/
interface ConsistentHash
{
//将字符串转为hash值
public function cHash($str);
//添加一台服务器到服务器列表中
public function addServer($server);
//从服务器删除一台服务器
public function removeServer($server);
//在当前的服务器列表中找到合适的服务器存放数据
public function lookup($key);
}
这个接口分别定义了4个方法，cHash（将字符串处理为hash值）、addServer（增加一台服务器）、removeServer（移除一台服务器）、lookup（找到一台服务器来存储数据）
下面给出一个该接口的具体实现
/**
* 具体一致性哈希实现
* author chenqionghe
* Class MyConsistentHash
*/
class MyConsistentHash implements ConsistentHash
{
public $serverList = array(); //服务器列列表
public $virtualPos = array(); //虚拟节点的位置
public $virtualPosNum = 5; //每个节点对应5个虚节点
/**
* 将字符串转换成32位无符号整数hash值
* @param $str
* @return int
*/
public function cHash($str)
{
$str = md5($str);
return sprintf('%u', crc32($str));
}
/**
* 在当前的服务器列表中找到合适的服务器存放数据
* @param $key 键名
* @return mixed 返回服务器IP地址
*/
public function lookup($key)
{
$point = $this->cHash($key);//落点的hash值
$finalServer = current($this->virtualPos);//先取圆环上最小的一个节点当成结果
foreach($this->virtualPos as $pos=>$server)
{
if($point <= $pos)
{
$finalServer = $server;
break;
}
}
reset($this->virtualPos);//重置圆环的指针为第一个
return $finalServer;
}
/**
* 添加一台服务器到服务器列表中
* @param $server 服务器IP地址
* @return bool
*/
public function addServer($server)
{
if(!isset($this->serverList[$server]))
{
for($i=0; $i<$this->virtualPosNum; $i++)
{
$pos = $this->cHash($server . '-' . $i);
$this->virtualPos[$pos] = $server;
$this->serverList[$server][] = $pos;
}
ksort($this->virtualPos,SORT_NUMERIC);
}
return TRUE;
}
/**
* 移除一台服务器（循环所有的虚节点，删除值为该服务器地址的虚节点）
* @param $key
* @return bool
*/
public function removeServer($key)
{
if(isset($this->serverList[$key]))
{
//删除对应虚节点
foreach($this->serverList[$key] as $pos)
{
unset($this->virtualPos[$pos]);
}
//删除对应服务器
unset($this->serverList[$key]);
}
return TRUE;
}
}
然后， 我们来测试一下该算法
$hashServer = new MyConsistentHash();
$hashServer->addServer('192.168.1.1');
$hashServer->addServer('192.168.1.2');
$hashServer->addServer('192.168.1.3');
$hashServer->addServer('192.168.1.4');
$hashServer->addServer('192.168.1.5');
$hashServer->addServer('192.168.1.6');
$hashServer->addServer('192.168.1.7');
$hashServer->addServer('192.168.1.8');
$hashServer->addServer('192.168.1.9');
$hashServer->addServer('192.168.1.10');
echo "增加十台服务器192.168.1.1~192.168.1.10<br />";
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
echo "移除一台服务器192.168.1.2<br />";
$hashServer->removeServer('192.168.1.2');
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
echo "移除一台服务器192.168.1.6<br />";
$hashServer->removeServer('192.168.1.6');
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
echo "移除一台服务器192.168.1.8<br />";
$hashServer->removeServer('192.168.1.8');
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
echo "移除一台服务器192.168.1.2<br />";
$hashServer->removeServer('192.168.1.2');
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
echo "增加一台服务器192.168.1.11<br />";
$hashServer->addServer('192.168.1.11');
echo "保存 key1 到 server :".$hashServer->lookup('key1') . '<br />';
echo "保存 key2 到 server :".$hashServer->lookup('key2') . '<br />';
echo "保存 key3 到 server :".$hashServer->lookup('key3') . '<br />';
echo "保存 key4 到 server :".$hashServer->lookup('key4') . '<br />';
echo "保存 key5 到 server :".$hashServer->lookup('key5') . '<br />';
echo "保存 key6 到 server :".$hashServer->lookup('key6') . '<br />';
echo "保存 key7 到 server :".$hashServer->lookup('key7') . '<br />';
echo "保存 key8 到 server :".$hashServer->lookup('key8') . '<br />';
echo "保存 key9 到 server :".$hashServer->lookup('key9') . '<br />';
echo "保存 key10 到 server :".$hashServer->lookup('key10') . '<br />';
echo '<hr />';
运行结果如下
增加十台服务器192.168.1.1~192.168.1.10
保存 key1 到 server :192.168.1.2
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.6
保存 key4 到 server :192.168.1.8
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
移除一台服务器192.168.1.2
保存 key1 到 server :192.168.1.7
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.6
保存 key4 到 server :192.168.1.8
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
移除一台服务器192.168.1.6
保存 key1 到 server :192.168.1.7
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.3
保存 key4 到 server :192.168.1.8
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
移除一台服务器192.168.1.8
保存 key1 到 server :192.168.1.7
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.3
保存 key4 到 server :192.168.1.10
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
移除一台服务器192.168.1.2
保存 key1 到 server :192.168.1.7
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.3
保存 key4 到 server :192.168.1.10
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
增加一台服务器192.168.1.11
保存 key1 到 server :192.168.1.7
保存 key2 到 server :192.168.1.1
保存 key3 到 server :192.168.1.11
保存 key4 到 server :192.168.1.10
保存 key5 到 server :192.168.1.9
保存 key6 到 server :192.168.1.10
保存 key7 到 server :192.168.1.7
保存 key8 到 server :192.168.1.4
保存 key9 到 server :192.168.1.7
保存 key10 到 server :192.168.1.4
可以，看到，使用一致性哈希后，无认是增加服务器还是减少服务器都最大程度的保证了数据的完整性、均匀性.
一致性Hash算法(分布式算法)的更多相关文章
- 分布式算法(一致性Hash算法)
一.分布式算法 在做服务器负载均衡时候可供选择的负载均衡的算法有很多,包括: 轮循算法(Round Robin).哈希算法(HASH).最少连接算法(Least Connection).响应速度算法( ...
- 分布式缓存技术memcached学习（四）—— 一致性hash算法原理
分布式一致性hash算法简介 当你看到“分布式一致性hash算法”这个词时,第一时间可能会问,什么是分布式,什么是一致性,hash又是什么.在分析分布式一致性hash算法原理之前,我们先来了解一下这几 ...
- 【转载】一致性hash算法释义
http://www.cnblogs.com/haippy/archive/2011/12/10/2282943.html 一致性Hash算法背景 一致性哈希算法在1997年由麻省理工学院的Karge ...
- 一致性Hash算法及使用场景
一.问题产生背景 在使用分布式对数据进行存储时,经常会碰到需要新增节点来满足业务快速增长的需求.然而在新增节点时,如果处理不善会导致所有的数据重新分片,这对于某些系统来说可能是灾难性的. 那 ...
- 分布式缓存技术memcached学习系列（四）—— 一致性hash算法原理
分布式一致性hash算法简介 当你看到"分布式一致性hash算法"这个词时,第一时间可能会问,什么是分布式,什么是一致性,hash又是什么.在分析分布式一致性hash算法原理之前, ...
- [转载] 一致性hash算法释义
转载自http://www.cnblogs.com/haippy/archive/2011/12/10/2282943.html 一致性Hash算法背景 一致性哈希算法在1997年由麻省理工学院的Ka ...
- php一致性hash算法的应用
阅读这篇博客前首先你需要知道什么是分布式存储以及分布式存储中的数据分片存储的方式有哪些? 分布式存储系统设计(2)—— 数据分片 阅读玩这篇文章后你会知道分布式存储的最优方案是使用 一致性hash算法 ...
- 分布式一致性hash算法
写在前面 在学习Redis的集群内容时,看到这么一句话:Redis并没有使用一致性hash算法,而是引入哈希槽的概念.而分布式缓存Memcached则是使用分布式一致性hash算法来实现分布式存储. ...
- 一致性Hash算法（Consistent Hash）
分布式算法 在做服务器负载均衡时候可供选择的负载均衡的算法有很多,包括: 轮循算法(Round Robin).哈希算法(HASH).最少连接算法(Least Connection).响应速度算法(Re ...
随机推荐
- nodejs + 小程序云函数 生成小程序码
前言:这个东西坑死我了 业务需求要生成小程序码 然后我找了两天的资料 运行 生成一堆的乱码 死活就是不能生成 最后看了一遍博客 套用了一下 自己又简单的改了一下 nodejs 我是刚刚接触 有很多 ...
- python实现异步调用函数
import time from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor def RunBenchmark(url): print('GET %s' ...
- Wpf窗口中打开WinForm窗口
获取wpf窗口对应的句柄窗口 using System; using System.Windows; using System.Windows.Interop; using IWin32Window ...
- Runnable和Callable 的区别
Runnable和Callable 的区别 01.Runnable接口中只有一个run()没有返回值 没有声明异常 Callable接口中只有一个call()有返回值 有声明异常 02.Calla ...
- Equal 路由类
1.Route 原型 class Route { /* 获取请求路径和查询字符串 */ /* 获取模块.控制器.动作名称 */ /* 获取 URI 参数 */ }
- 快速入门Vue
前端技术发展很快,近日一个项目中想用Vue框架,对此对Vue基础进行了一些学习整理 何为Vue,官网 解释Vue.js(读音 /vjuː/,类似于 view) 是一套构建用户界面的渐进式框架 这里记录 ...
- influence maximization
Robust Influence Maximization 首先简要介绍一下这个问题:在一个社交网络图中寻找固定数量的节点,使得这些节点对所有节点的影响值尽可能的大.这个问题由于在病毒式营销,谣言监控 ...
- 11-Python操作excel
1.python操作excel需要用到的库 python操作excel主要用到xlrd和xlwt这两个库,即xlrd是读excel,xlwt是写excel的库.可以直接pip安装这两个库,pip in ...
- Oracle数据库用EF操作的示例
Using EF Oracle Sample Provider with EDM Designer (from msdn) Many people are asking if it is possi ...
- centos7安装git踩坑记
之前自己是按照Git 服务器搭建这篇博客来安装git服务器的,一步步顺序下来,但git clone的时候,每次都要求输入密码.说好的SSH免密登录呢.前后搞了一天多才搞定,现在记录下踩过的坑. 坑1: ...