哈希是通過(guò)壓縮數(shù)據(jù)來(lái)提高效率的解決方案。然而，由于哈希函數(shù)的有限性和數(shù)據(jù)量的增加，哈希沖突已成為精確數(shù)據(jù)壓縮的難題

算法原理

一致性哈希算法由麻省理工學(xué)院于1997年提出。這是一種特定的哈希算法。刪除或添加服務(wù)器時(shí)，它可以盡可能少地改變現(xiàn)有服務(wù)請(qǐng)求與請(qǐng)求處理服務(wù)器之間的映射關(guān)系

一致性哈希解決了分布式哈希表（DHT）之中直觀哈希算法的動(dòng)態(tài)伸縮問(wèn)題

一致性哈希算法本質(zhì)之上也是一種模塊化算法

然而，與上述基于服務(wù)器數(shù)量的模塊有所不同，一致性哈希是將固定值2^32

IPv4地址模塊化，由4組8位二進(jìn)制數(shù)組成，因此，2^32可以確保每個(gè)IP地址都有唯一的映射

哈希環(huán)

我們可以將這2^32個(gè)值抽象化為一個(gè)環(huán)環(huán)正下方的點(diǎn)表示順時(shí)針排列的0，依此類推：1、2、3。。。直到2^32-1。由32個(gè)點(diǎn)到2的冪組成的環(huán)統(tǒng)稱為哈希環(huán)

服務(wù)器映射到哈希環(huán)

映射服務(wù)器時(shí)，使用哈希（服務(wù)器IP）%2^32，即：

服務(wù)器IP地址用于哈希計(jì)算，哈希結(jié)果用于?；?^32。結(jié)果必須是0到2^32-1間的整數(shù)

哈希環(huán)之上此整數(shù)映射的位置表示一個(gè)服務(wù)器，該服務(wù)器依次將node0、node1和node2緩存服務(wù)器映射到哈希環(huán)

對(duì)象密鑰映射到服務(wù)器

將相應(yīng)密鑰映射到特定服務(wù)器時(shí)，需要首先計(jì)算金鑰的哈希值：哈希（key）%2^32

注意：此處的哈希函數(shù)可能有所不同于計(jì)算服務(wù)器映射到哈希環(huán)的函數(shù)。只要值范圍與哈希環(huán)的值范圍相近（即2^32）

將密鑰映射到服務(wù)器遵循下列邏輯：

從緩存對(duì)象密鑰的位置開(kāi)始，逆時(shí)針?lè)较蛴龅降牡谝粋€(gè)服務(wù)器就是當(dāng)前對(duì)象將緩存到的服務(wù)器

假設(shè)我們有“semlinker”、“kakuqo”、“Lolo”和“fer”，它們縮寫為O1，O2、O3和O4分別

數(shù)據(jù)傾斜和服務(wù)器性能均衡問(wèn)題

導(dǎo)致問(wèn)題

在上述示例之中，每個(gè)服務(wù)器幾乎均勻分布到哈希環(huán)

但是，在具體場(chǎng)景之中，很容易選擇一個(gè)哈希函數(shù)將所有服務(wù)器理想地散列到哈希環(huán)之上

此時(shí)，當(dāng)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)數(shù)太難時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)分布不均勻，很難造成數(shù)據(jù)傾斜

在添加CS4服務(wù)器時(shí)，CS4只分擔(dān)CS1服務(wù)器的負(fù)載，CS2和CS3服務(wù)器并沒(méi)有因?yàn)樘砑恿薈S4服務(wù)器而降低負(fù)載壓力；如果CS4服務(wù)器的性能與原來(lái)的服務(wù)器相同甚至更低，那么這個(gè)結(jié)果就不是我們所期望的

虛擬節(jié)點(diǎn)

為了解決上述問(wèn)題，我們可以引入虛擬節(jié)點(diǎn)來(lái)解決負(fù)載不均衡的問(wèn)題：

也就是說(shuō)，將每個(gè)物理服務(wù)器虛擬化為一組虛擬服務(wù)器，虛擬服務(wù)器被放置在哈希環(huán)之上。如果要確定對(duì)象的服務(wù)器，需要首先確定對(duì)象的虛擬服務(wù)器，然后虛擬服務(wù)器確定物理服務(wù)器

使用場(chǎng)景

一致性哈希應(yīng)該是分布式系統(tǒng)之中負(fù)載均衡的首選算法。它可以在客戶端和下方件之上敏捷實(shí)現(xiàn)。例如，日常緩存之中常見(jiàn)的memcached和redis集群可以使用它

memcached集群是特定的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它只能被視為一個(gè)偽集群，因?yàn)樗姆?wù)器不能相互通信。請(qǐng)求的分發(fā)路由全然取決于客戶端來(lái)計(jì)算緩存對(duì)象應(yīng)該位于哪個(gè)服務(wù)器之上，其路由算法使用一致性哈希

redis集群之中還有哈希槽的概念。雖然實(shí)現(xiàn)方式有所不同，但想法總是相近的。閱讀本文之中的一致性哈希后，您將更難理解redis slot

一致性哈希算法的實(shí)現(xiàn)

接下來(lái)，我們根據(jù)上述描述使用golang實(shí)現(xiàn)一致性哈希算法。該算法具有下列特點(diǎn)：

相同哈希的核心算法

支持自定義哈希算法

支持自定義虛擬節(jié)點(diǎn)數(shù)；