一致性哈希簡單介紹

• ?Consistent Hashing 算法早在 1997 年就在論文《Consistent hashing and random trees》中被提出，提出了在動(dòng)態(tài)變化的Cache環(huán)境中，哈希算法應(yīng)該滿足的4個(gè)適應(yīng)條件：

平衡性(Balance)

單調(diào)性(Monotonicity)

分散性(Spread)

負(fù)載(Load)

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一致性哈希原理

一致性哈希將key用hash函數(shù)進(jìn)行映射，映射出來的所有點(diǎn)能夠分布到一個(gè)圓環(huán)內(nèi)，實(shí)際上consistent hashing 是一種 hash 算法, 在改變映射內(nèi)容的大小時(shí)，而不需要改變hash算法，且能夠盡可能小的改變已存在 key 映射關(guān)系，盡可能的滿足單調(diào)性的要求。。這里我要講述一種特殊的一致性哈希——分布式一致性哈希(Distributed Consistent Hashing)：
普通的一致性哈希

• 分布式一致性哈希(DCH)滿足節(jié)點(diǎn)的對稱分布，普通的一致性哈希表現(xiàn)如圖1：

• 3個(gè)節(jié)點(diǎn)平均分布在圓環(huán)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的角度為120°，此時(shí)，只要hash函數(shù)夠均勻，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)所命中的概率則都是一樣的。

• 如果再增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，普通的一致性哈希認(rèn)為無論在那個(gè)節(jié)點(diǎn)之間增加新的節(jié)點(diǎn)，那么與新的節(jié)點(diǎn)非相鄰的節(jié)點(diǎn)盡量保持不變，這樣保證一致性哈希的單調(diào)性，如圖 2：

• 新的節(jié)點(diǎn)4（n4）自由分配到節(jié)點(diǎn)2（n2）和節(jié)點(diǎn)3（n3）之間，那么原來的key的映射范圍k3變成了新的k3和k4，插入時(shí)，新的k3將著落在節(jié)點(diǎn) 4（n4）上；新的k4將著落在節(jié)點(diǎn)3上（n3）。為了節(jié)點(diǎn)的老數(shù)據(jù)不丟失，我們還需要將節(jié)點(diǎn)3上的屬于k3范圍的數(shù)據(jù)遷移到新的節(jié)點(diǎn)4（n4）上，并定期刪除節(jié)點(diǎn)3（n3）的冗余數(shù)據(jù)（一致性哈希的分散性），這樣在查詢時(shí)，不會(huì)有命中不到的情況。雖然保證了一致性哈希的單調(diào)性，但是這樣的方式不能保證節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，畢竟大部分的查詢會(huì)著落在節(jié)點(diǎn)1（n1）和節(jié)點(diǎn)2（n2）上。

• 如果減少節(jié)點(diǎn)，普通的一致性哈希情況如圖3：

• 節(jié)點(diǎn)3（n3）因?yàn)槟撤N原因不能進(jìn)行映射，那么圓環(huán)上只剩下2個(gè)節(jié)點(diǎn)（n1、n2），這樣原來k1和k3合并成新的k1，即所有的負(fù)載全部著落在節(jié)點(diǎn) 1（n1）上，同新增加節(jié)點(diǎn)一樣，雖然保證了單調(diào)性，但是明顯不能保證負(fù)載均衡。

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分布式一致性哈希

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• 分布式一致性哈希（DCH）只是在普通的的一致性哈希算法進(jìn)行的一點(diǎn)改進(jìn)。同樣DCH是將key映射到一個(gè)圓環(huán)中，與普通一致性哈希不同的是，節(jié)點(diǎn)增加了虛擬的節(jié)點(diǎn)；包括實(shí)節(jié)點(diǎn)對之對應(yīng)的虛節(jié)點(diǎn)不是按照連續(xù)的弧度范圍進(jìn)行劃分，而是定義一個(gè)最小的弧度單位（最好能夠被圓整分），在這個(gè)最小的弧度單位里面均勻放置所有的節(jié)點(diǎn)，如圖4：

• 上圖實(shí)線部分表示實(shí)節(jié)點(diǎn)，虛線部分表示虛節(jié)點(diǎn)。

• 當(dāng)增加新節(jié)點(diǎn)或刪除節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，保證最小弧度單位不變化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別控制插入和數(shù)據(jù)遷移的大小，如圖5所示：

• 當(dāng)新增加節(jié)點(diǎn)時(shí)

最小弧度中數(shù)據(jù)遷移大小=最小弧度/節(jié)點(diǎn)數(shù)
總共數(shù)據(jù)遷移量=最小弧度中數(shù)據(jù)遷移大小*360/最小弧度=360/節(jié)點(diǎn)數(shù)

• 與傳統(tǒng)一致性哈希比較，遷移數(shù)據(jù)從1點(diǎn)節(jié)點(diǎn)開始增加，那么遷移的數(shù)據(jù)弧度比例分別為：

傳統(tǒng)一致性哈希（2分法）：1/2+1/4+1/4+1/8+1/8+1/8+1/8+...
DCH：1/2+1/3+1/4+1/5+1/6+1/7+1/8...

• 很明顯，傳統(tǒng)一致性哈希遷移數(shù)據(jù)量少，但是負(fù)載集中在某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上；而DCH則主要體現(xiàn)在遷移數(shù)據(jù)會(huì)利用各個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源達(dá)到均衡，查詢時(shí)也會(huì)比傳統(tǒng)一致性哈希更均勻些。

• 當(dāng)刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，并無數(shù)據(jù)遷移；

總結(jié)

• 對于在分布式的環(huán)境中來說，數(shù)據(jù)的訪問負(fù)載均衡更加重要，所以采用DCH的類似架構(gòu)可能比數(shù)據(jù)遷移更加重要，比如memcache當(dāng)中就采用了虛擬節(jié)點(diǎn)方式去達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

• 對于數(shù)據(jù)遷移來說，普通的一致性哈希針對的是某兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)遷移，而DCH針對的是一個(gè)分布式的環(huán)境，在數(shù)據(jù)量特別大的時(shí)候，DCH方式將數(shù)據(jù)遷移的壓力分散到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，而不是集中在某些節(jié)點(diǎn)上。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一致性哈希简单介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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