一致性hash C++实现
来源:互联网 发布:淘宝情侣网店 编辑:程序博客网 时间:2024/04/25 17:08
一致性hash C++实现
知识标签: Consistent hashing, C++
这两篇关于Consistent hashing的文章不错:
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该代码是我在别人github上找到的源码,自己添加了一些注释
一致性哈希的功能被封装在模板类consistent_hash_map中
consistent_hash_map.h
consistent_hash_map.h如下:
#include <map>#include <string>#include <list>#include <functional>#include <algorithm>#ifndef __CONSISTENT_HASH_H__#define __CONSISTENT_HASH_H__//consistent hash的节点类型。//一元函数对象。接收T类型对象作为参数,返回一个整形作为其hash值,该hash值将被用于内部的排序。Hash需在其内部定义result_type 指明返回整形的类型。template <typename T, typename Hash, typename Alloc = std::allocator<std::pair<const typename Hash::result_type,T > > >class consistent_hash_map{ public: //hash函数返回值的类型 typedef typename Hash::result_type size_type; //使用std::map来管理节点 typedef std::map<size_type,T,std::less<size_type>,Alloc> map_type; //std::pair<const size_type, T>,first为节点的哈希值,second为节点。 typedef typename map_type::value_type value_type; typedef value_type& reference; typedef const value_type& const_reference; typedef typename map_type::iterator iterator; typedef typename map_type::reverse_iterator reverse_iterator; typedef Alloc allocator_type; public: consistent_hash_map() {} ~consistent_hash_map() {} public: //返回consistent_hash_map内的节点数量 std::size_t size() const { return nodes_.size(); } //判断consistent_hash_map是否为空 bool empty() const { return nodes_.empty(); } //插入一个节点,如果返回值中bool变量为真,iterator则为指向插入节点的迭代器。 //如果bool为假,表示插入失败,iterator指向已经存在的节点。 //插入失败因为节点已经存在或者是节点的hash值与其他节点发生冲突 std::pair<iterator,bool> insert(const T& node) { size_type hash = hasher_(node); return nodes_.insert(value_type(hash,node)); } //通过迭代器删除指定节点 void erase(iterator it) { nodes_.erase(it); } //通过节点值删除指定节点 std::size_t erase(const T& node) { size_type hash = hasher_(node); return nodes_.erase(hash); } //hash为数据关键字的hash值, find方法能找到该数据映射的节点 iterator find(size_type hash) {//按照一个圆环方向(顺时针或逆时针),寻找hash值>=给定hash的节点 if(nodes_.empty()) { return nodes_.end(); } //找到map中key值>=hash的第一个迭代器 iterator it = nodes_.lower_bound(hash); if (it == nodes_.end()) { it = nodes_.begin(); } return it; } iterator begin() { return nodes_.begin(); } iterator end() { return nodes_.end(); } reverse_iterator rbegin() { return nodes_.rbegin(); } reverse_iterator rend() { return nodes_.rend(); } private: Hash hasher_; map_type nodes_;};#endif
test.cpp只是简单实现consistent hashing, 并没实现虚拟节点,关于虚拟节点的例子在下面testVnode.cpp中
test.cpp
test.cpp如下:
#include <iostream>#include <string>#include <boost/functional/hash.hpp>#include <stdint.h> // for uint32_t#include <boost/format.hpp>#include <boost/crc.hpp> //for crc_optimal#include "consistent_hash_map.hpp"struct crc32_hasher { uint32_t operator()(const std::string& node) { //定义crc_optimal对象 boost::crc_32_type ret; //处理字符串,生成CRC序列 ret.process_bytes(node.c_str(),node.size()); //checksum()返回CRC序列 return ret.checksum(); } typedef uint32_t result_type;};int main(int argc, char const *argv[]){ typedef consistent_hash_map<std::string,crc32_hasher> consistent_hash_t; consistent_hash_t consistent_hash_; //定义格式化字符串的类 boost::format node_fmt("192.168.1.%1%"); for(std::size_t i=0;i<3;++i) { std::string node = boost::str(node_fmt % i); consistent_hash_.insert(node); std::cout<<boost::format("add node: %1%") % node << std::endl; } { std::cout<<"========================================================="<<std::endl; for(consistent_hash_t::iterator it = consistent_hash_.begin();it != consistent_hash_.end(); ++it) { std::cout<<boost::format("node: %1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } } // 输出相关数据关键字hash值映射的节点 { consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(290235110); //290235110代表数据关键字的hash值 std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } { consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(2286285664); std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } { consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(4282565578); std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } std::cout<<"========================================================="<<std::endl; {// 删除192.168.1.1 std::string node = boost::str(node_fmt % 1); consistent_hash_.erase(node); for(consistent_hash_t::iterator it = consistent_hash_.begin();it != consistent_hash_.end(); ++it) { std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } } std::cout<<"========================================================="<<std::endl; { consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(4282565578); std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; consistent_hash_.erase(it); for(consistent_hash_t::iterator it = consistent_hash_.begin();it != consistent_hash_.end(); ++it) { std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } } std::cout<<"========================================================="<<std::endl; { std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(4282565578); std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; it = consistent_hash_.find(4282565576); std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; consistent_hash_.erase(it); for(consistent_hash_t::iterator it = consistent_hash_.begin();it != consistent_hash_.end(); ++it) { std::cout<<boost::format("node:%1%,%2%") % it->second % it->first << std::endl; } std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; } std::cout<<"========================================================="<<std::endl; { std::cout<<"-------------------------------------------"<<std::endl; consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(4282565578); if(it == consistent_hash_.end()) { std::cout<<"not found, consistent_hash is empty"<<std::endl; } } return 0;}
编译:g++ test.cpp -o test
运行:./test
test结果
结果如下:
testVnode.cpp
testVnode.cpp如下:
#include <stdint.h>#include <iostream>#include <string>#include <boost/functional/hash.hpp>#include <boost/format.hpp>#include <boost/crc.hpp>#include "consistent_hash_map.hpp"const char* nodes[] = { "192.168.1.100", "192.168.1.101", "192.168.1.102", "192.168.1.103", "192.168.1.104" };struct vnode_t { vnode_t() {} vnode_t(std::size_t n,std::size_t v):node_id(n),vnode_id(v) {} std::string to_str() const { return boost::str(boost::format("%1%-%2%") % nodes[node_id] % vnode_id); } std::size_t node_id; std::size_t vnode_id;};struct crc32_hasher { uint32_t operator()(const vnode_t& node) { boost::crc_32_type ret; std::string vnode = node.to_str(); std::cout<<"vnode:"<<vnode<<std::endl; ret.process_bytes(vnode.c_str(),vnode.size()); return ret.checksum(); } typedef uint32_t result_type;};int main(int argc, char const *argv[]){ typedef consistent_hash_map<vnode_t,crc32_hasher> consistent_hash_t; consistent_hash_t consistent_hash_; for(std::size_t i=0;i<5;++i) {//每个节点插入100个虚拟节点 for(std::size_t j=0;j<100;j++) { consistent_hash_.insert(vnode_t(i,j)); } } //遍历consistent_hash中的所有的vnode,统计每个虚拟节点的key的数量和每个主机包含key的数量 { std::cout<<"========================================================="<<std::endl; //sums统计每个主机可以包含的key数量 std::size_t sums[] = {0,0,0,0,0}; //处理圆环的链接点处第一个vnode consistent_hash_t::iterator i = consistent_hash_.begin(); consistent_hash_t::reverse_iterator j = consistent_hash_.rbegin(); // 计算第一个节点包含的key数量 // static_cast<uint32_t>(-1)源码为UINT32_MAX, 但无法通过编译,替代之 std::size_t n = i->first + static_cast<uint32_t>(-1) - j->first; std::cout<<boost::format("vnode:%1%,hash:%2%,contains:%3%") % i->second.to_str() % i->first % n << std::endl; sums[i->second.node_id] += n; uint32_t priv = i->first; uint32_t cur; consistent_hash_t::iterator end = consistent_hash_.end(); // 处理圆环中间的vnode while(++i != end) { cur = i->first; n = cur - priv; std::cout<<boost::format("vnode:%1%,hash:%2%,contains:%3%") % i->second.to_str() % cur % n << std::endl; sums[i->second.node_id] += n; priv = cur; } for(std::size_t i=0;i<5;++i) { std::cout<<boost::format("node:%1% contains:%2%") % nodes[i] % sums[i] <<std::endl; } } //查找某个hash值对应的vnode 和 主机 { consistent_hash_t::iterator it; it = consistent_hash_.find(290235110); std::cout<<boost::format("node:%1%,vnode:%2%,hash:%3%") % nodes[it->second.node_id] % it->second.vnode_id % it->first << std::endl; } return 0;}
testVnode结果自己测
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