了解一致性雜湊演算法

一致性雜湊演算法是為了解決普通雜湊演算法的熱點問題，當使用普通雜湊演算法來切割資料到不同的快取伺服器時。

一旦快取伺服器的數量產生變化，客戶端向快取伺服器請求相應的資料就不會命中，轉而請求具體的資料庫伺服器，從而造成快取擊穿。

下面我們來看一下使用普通雜湊演算法時所帶來的問題，假如我們擁有 10 臺快取伺服器，那麼我們在存放資料的時候可以對快取資料項的 key 進行雜湊操作，取得其雜湊值，並將其與伺服器數量進行取模運算，就可以得到乙個伺服器下標的數字。

伺服器資訊 = hash(key) % 10

例如我針對字串 "140" 進行 sha256 雜湊操作，得到 762818267，對 10 取模運算結果是 7 號伺服器。但如果增加了一台伺服器，那麼就會變成對 11 取模,，其結果就是 2 號伺服器，得到的位置完全不正確，造成取快取的時候肯定不會命中。

注意：由於畫圖的時候粗心將伺服器 c 的 ip 位址寫成了192.168.100.102，其真實 ip 應該是192.168.100.103，閱讀文章的時候請注意這個區別。

1.建立乙個環，這個雜湊環有 2^32 個節點。

2.求出伺服器的雜湊值，並將其與雜湊環節點的數量取模，得到的值即是伺服器節點在雜湊環上的位置。

3.根據要儲存的資料項鍵值，求出其雜湊值，與雜湊環節點數量取模，得到在雜湊環的位置。

4.根據資料項在雜湊環的位置，順時針查詢遇到的第乙個伺服器節點，將資料項存放到該伺服器。

5.如果增加了一台伺服器 d，只會影響 d 之前區間的資料。

上述情況僅適用於服務節點在雜湊環上分布均勻的情況，如果雜湊環上伺服器節點的分布位置不均勻，則會導致某個區間內的資料項的大量資料存放在乙個伺服器節點中。如下圖，a 快取伺服器就會接收大量請求，當該伺服器崩潰掉之後，b 伺服器，c 伺服器會依次崩潰，這樣就會造成伺服器雪崩效應，整個快取伺服器集群都會癱瘓。

這種時候，我們可以引入虛擬節點來解決該問題。例如我們擁有 a、b、c 三颱伺服器，我們在雜湊環上建立雜湊伺服器的時候，可以為其建立 n 個虛擬節點，這些虛擬節點都是指向真實伺服器的 ip，這樣我們在雜湊環上的伺服器節點分布就會很均勻。

在這裡我們基於 c# 與 .net core 編寫乙個 demo **，用來演示上述情況，這裡的**僅作演示使用，如果要應用到生產環境，請注意執行緒同步問題。

using system;
using system.collections.generic;
using system.security.cryptography;
using system.text;
/* * 一致性雜湊演算法的 demo，主要用於演示一致性雜湊演算法的實現與實際應用。
*/namespace consistenthashing.startup
}public class virtualnodeinfo
public nodeinfo realnodeinfo 
}public class consistenthashing
public nodeinfo getnode(string key)
/// /// 向雜湊環上新增虛擬節點。
/// 
public void addnode(nodeinfo info)
#";var hashindex = math.abs(getstandardhashcode(virtualnodename) % _ringcount);
// 搜尋空的雜湊環位置
var emptyindex = getemptynodeindex(hashindex);
if (emptyindex == -1)
hashring[emptyindex] = new virtualnodeinfo;}}
public void removenode(nodeinfo info)
#");
}for (int i = 0; i < hashring.length; i++)
}/// /// 計算指定 key 的 hash 值
/// 
private int getstandardhashcode(string key)
/// /// 迴圈遍歷雜湊環，尋找空節點的索引，防止覆蓋存在的節點資訊。
/// 
private int getemptynodeindex(int startfindindex)
var nextindex = getnextnodeindex(startfindindex);
// 說明已經遍歷了整個雜湊環，說明沒有空的節點了。
if (startfindindex == nextindex)
startfindindex = nextindex;}}
/// /// 根據指定的索引，獲得雜湊環的下乙個索引。這裡需要注意的是，因為雜湊環是乙個環形，當
/// 當前位置為環的末尾時，應該從 0 開始查詢。
/// 
private int getnextnodeindex(int preindex)
private virtualnodeinfo getfirstnodeinfo(int currentindex)
return nodeinfo;}}
internal class program
);consistenthashing.addnode(new nodeinfo );
consistenthashing.addnode(new nodeinfo );
consistenthashing.addnode(new nodeinfo );
foreach (var node in consistenthashing.hashring)
// 存放 id 為 15 的快取伺服器
var nodeinfo = consistenthashing.getnode("15");
// 刪除節點測試
consistenthashing.removenode(new nodeinfo );}}
}

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