一致性Hash演算法原理白話

1、技術背景

1.1、技術舉例：memcache

1.2、技術瓶頸

memcached伺服器端本身不提供分布式cache的一致性，由客戶端實現提供。以餘數分布式演算法為例。

餘數分布式演算法是根據新增進入快取時key的hash值通過特定的演算法得出餘數，然後根據餘數對映到關聯的快取伺服器，將該key-value資料儲存到該伺服器

1.2.1、假設有3臺快取伺服器以及它們對應的餘數值

node a:0，3，6，9

node b:1，4，7

node c:2，5，8

1.2.2、此時新增一台伺服器node d

伺服器對應的餘數值發生變化，如下

node a:0，1，2

node b:3，4

node c:5，6

node c:7，8，9

根據上面的變化，發現只有餘數值為0，4，5所對應的快取伺服器沒有發生改變，也就是說其它餘數值對應的快取伺服器發生了改變，即快取失效，如果大量快取失效會嚴重影響系統的效能，也就是快取動盪。針對這樣大片快取失效的技術瓶頸，於是提出了一致性hash演算法。縮小失效快取範圍。

2、一致性hash演算法

2.1、將hash值範圍看成乙個0～232的圓。

2.2、將伺服器節點的hash值對映到該圓上。

2.3、對資料進行快取時，計算key的hash值，然後找到該值在圓上的位置，順時針進行查詢，將資料儲存到第乙個查詢到的伺服器。

2.4、新增乙個快取伺服器，如圖

根據hash一致演算法的對映查詢規則，受影響的快取只有新伺服器的hash值----新伺服器逆時針的第乙個伺服器hash值得範圍，也就這塊區域的快取失效，大大降低了失效範圍。

2.5、當伺服器過少時，會帶來資料傾斜問題

加入只有兩台伺服器a和b，那麼hash範圍如下

node a:0-231

node b:0-232

很容易造成資料堆積在節點a，於是一致性雜湊演算法引入了虛擬節點機制，即對每乙個服務節點計算多個雜湊，每個計算結果位置都放置乙個此服務節點，稱為虛擬節點。具體做法可以在伺服器ip或主機名的後面增加編號來實現。過程如圖

無虛擬節點

引入虛擬節點