一致性哈希算法
来源:互联网 发布:fps录像软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 05:28
一致性哈希算法是分布式系统中常用的算法。比如,一个分布式的存储系统,要将数据存储到具体的节点上,如果采用普通的hash方法,将数据映射到具体的节点上,如key%N,key是数据的key,N是机器节点数,如果有一个机器加入或退出这个集群,则所有的数据映射都无效了,如果是持久化存储则要做数据迁移,如果是分布式缓存,则其他缓存就失效了。
因此,引入了一致性哈希算法:
把数据用hash函数(如MD5),映射到一个很大的空间里,如图所示。数据的存储时,先得到一个hash值,对应到这个环中的每个位置,如k1对应到了图中所示的位置,然后沿顺时针找到一个机器节点B,将k1存储到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,对其他的节点A,D的数据不会造成影响。然而,这又会造成一个“雪崩”的情况,即C节点由于承担了B节点的数据,所以C节点的负载会变高,C节点很容易也宕机,这样依次下去,这样造成整个集群都挂了。
为此,引入了“虚拟节点”的概念:即把想象在这个环上有很多“虚拟节点”,数据的存储是沿着环的顺时针方向找一个虚拟节点,每个虚拟节点都会关联到一个真实节点,如下图所使用:
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。
Java实现:
1.public class Shard<S> { // S类封装了机器节点的信息 ,如name、password、ip、port等 2. 3. private TreeMap<Long, S> nodes; // 虚拟节点 4. private List<S> shards; // 真实机器节点 5. private final int NODE_NUM = 100; // 每个机器节点关联的虚拟节点个数 6. 7. public Shard(List<S> shards) { 8. super(); 9. this.shards = shards; 10. init(); 11. } 12. 13. private void init() { // 初始化一致性hash环 14. nodes = new TreeMap<Long, S>(); 15. for (int i = 0; i != shards.size(); ++i) { // 每个真实机器节点都需要关联虚拟节点 16. final S shardInfo = shards.get(i); 17. 18. for (int n = 0; n < NODE_NUM; n++) 19. // 一个真实机器节点关联NODE_NUM个虚拟节点 20. nodes.put(hash("SHARD-" + i + "-NODE-" + n), shardInfo); 21. 22. } 23. } 24. 25. public S getShardInfo(String key) { 26. SortedMap<Long, S> tail = nodes.tailMap(hash(key)); // 沿环的顺时针找到一个虚拟节点 27. if (tail.size() == 0) { 28. return nodes.get(nodes.firstKey()); 29. } 30. return tail.get(tail.firstKey()); // 返回该虚拟节点对应的真实机器节点的信息 31. } 32. 33. /** 34. * MurMurHash算法,是非加密HASH算法,性能很高, 35. * 比传统的CRC32,MD5,SHA-1(这两个算法都是加密HASH算法,复杂度本身就很高,带来的性能上的损害也不可避免) 36. * 等HASH算法要快很多,而且据说这个算法的碰撞率很低. 37. * http://murmurhash.googlepages.com/ 38. */ 39. private Long hash(String key) { 40. 41. ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap(key.getBytes()); 42. int seed = 0x1234ABCD; 43. 44. ByteOrder byteOrder = buf.order(); 45. buf.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN); 46. 47. long m = 0xc6a4a7935bd1e995L; 48. int r = 47; 49. 50. long h = seed ^ (buf.remaining() * m); 51. 52. long k; 53. while (buf.remaining() >= 8) { 54. k = buf.getLong(); 55. 56. k *= m; 57. k ^= k >>> r; 58. k *= m; 59. 60. h ^= k; 61. h *= m; 62. } 63. 64. if (buf.remaining() > 0) { 65. ByteBuffer finish = ByteBuffer.allocate(8).order( 66. ByteOrder.LITTLE_ENDIAN); 67. // for big-endian version, do this first: 68. // finish.position(8-buf.remaining()); 69. finish.put(buf).rewind(); 70. h ^= finish.getLong(); 71. h *= m; 72. } 73. 74. h ^= h >>> r; 75. h *= m; 76. h ^= h >>> r; 77. 78. buf.order(byteOrder); 79. return h; 80. } 81. 82.}
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