LB中使用到的一致性Hash算法的简单实现
关于一致性hash算法,可以参考这篇文章: https://zhuanlan.zhihu.com/p/34985026
1、类的Diagram
2、代码实现
2.1、Node类,每个Node代表集群里面的一个节点或者具体说是某一台物理机器;
package consistencyhash; import lombok.Getter;
import lombok.RequiredArgsConstructor; import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import lombok.ToString; /**
* @author xfyou
* @date 2019/9/2
*/
@Getter
@RequiredArgsConstructor
@ToString(exclude = "data")
public class Node { private final String domain; private final String ip; private final Map<String, Object> data = new ConcurrentHashMap<>(); public <T> void put(String key, T value) {
data.put(key, value);
} public void remove(String key) {
data.remove(key);
} public <T> T get(String key) {
return (T) data.get(key);
} }
2.2、 AbstractCluster,cluster抽象类,集群抽象类;
package consistencyhash; import java.util.ArrayList;
import java.util.List; /**
* @author xfyou
* @date 2019/9/2
*/
public abstract class AbstractCluster { protected final List<Node> nodes; public AbstractCluster() {
this.nodes = new ArrayList<>();
} public abstract void addNode(Node node); public abstract void removeNode(Node node); public abstract Node get(String key); }
2.3、Cluster类,集群类,一致性hash算法的具体实现类
package consistencyhash; import com.google.common.hash.Hashing;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;
import java.util.stream.IntStream; /**
* @author xfyou
* @date 2019/9/2
*/
public class ConsistencyHashCluster extends AbstractCluster { private final SortedMap<Long, Node> virNodes = new TreeMap<>(); private static final int VIR_NODE_COUNT = 160; @Override
public void addNode(Node node) {
this.nodes.add(node);
IntStream.range(0, VIR_NODE_COUNT / 4).forEach(i -> {
byte[] digest = Hashing.md5().hashBytes((node.toString() + i).getBytes(StandardCharsets.UTF_8)).asBytes();
for (int h = 0; h < 4; h++) {
virNodes.put(hash(digest, h), node);
}
});
} /**
* 物理节点被删除的话,这个物理节点所对应的所有的虚拟节点也同时被删
*/
@Override
public void removeNode(Node node) {
nodes.removeIf(o -> node.getIp().equals(o.getIp()));
IntStream.range(0, VIR_NODE_COUNT / 4).forEach(i -> {
byte[] digest = Hashing.md5().hashBytes((node.toString() + i).getBytes(StandardCharsets.UTF_8)).asBytes();
for (int h = 0; h < 4; h++) {
virNodes.remove(hash(digest, h));
}
});
} @Override
public Node get(String key) {
long hash = calHash(key);
SortedMap<Long, Node> subMap = hash >= virNodes.lastKey() ? virNodes.tailMap(0L) : virNodes.tailMap(hash);
if (subMap.isEmpty()) {
return virNodes.get(virNodes.firstKey());
}
System.out.println("hash=" + hash + ",subMap.firstKey=" + subMap.firstKey());
return subMap.get(subMap.firstKey());
} private long calHash(String key) {
byte[] keyBytes = Hashing.md5().hashBytes(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)).asBytes();
return hash(keyBytes, 0);
} /**
* 取MD5后16个字节中的连续的4个字节并通过移位操作来转换为 long 类型的 hash 值
*/
private long hash(byte[] digest, int number) {
return (((long) (digest[3 + number * 4] & 0xFF) << 24)
| ((long) (digest[2 + number * 4] & 0xFF) << 16)
| ((long) (digest[1 + number * 4] & 0xFF) << 8)
| (digest[number * 4] & 0xFF))
& 0xFFFFFFFFL;
} }
2.4、Test类,测试类
package consistencyhash; import java.util.stream.IntStream; /**
* @author xfyou
* @date 2019/9/2
*/
public class Test { private static final int DATA_CONT = 20; private static final String PRE_KEY = "PRE_KEY"; public static void main(String[] args) { AbstractCluster cluster = new ConsistencyHashCluster();
cluster.addNode(new Node("c1.yywang.info", "192.168.0.1"));
cluster.addNode(new Node("c2.yywang.info", "192.168.0.2"));
cluster.addNode(new Node("c3.yywang.info", "192.168.0.3")); IntStream.range(0, DATA_CONT).forEach(index -> {
Node node = cluster.get(PRE_KEY + index);
node.put(PRE_KEY + index, "cached_data");
}); System.out.println("数据分布情况:");
cluster.nodes.forEach(node -> {
System.out.println("IP:" + node.getIp() + ",数据量:" + node.getData().size());
}); cluster.removeNode(new Node("c1.yywang.info", "192.168.0.1")); // 查询命中率,如果没有命中则需要从后端 DB 中查询
long hitCount = IntStream.range(0, DATA_CONT).filter(index -> cluster.get(PRE_KEY + index).get(PRE_KEY + index) != null).count();
System.out.println("hitCount=" + hitCount);
System.out.println("缓存命中率:" + hitCount * 1f / DATA_CONT);
} }
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