一致性哈希算法

一致性哈希算法

 (2012-07-21 17:09:28)

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标签：  分布式   一致性哈希   memcache

分类： 技术

在分布式系统中，如果某业务可以由多个相同的节点处理，很容易想到用HASH的方式将业务请求分散到这些节点处理，如果有N个节点，计算方法为：HASH（id）% N。

如果只是简单的计算，不涉及用户状态，这是一个简单有效的方案。如果节点的计算涉及用户状态，比如维护购物车、Memcache缓存服务等，好像也没什么问题，只要用同一个数据做id，上述HASH的结果也保持不变。但如果节点数量发生变化，比如由于业务量的增大而增加节点或由于机器宕机而减少节点，上述HASH的结果就不一样了。若增加2个节点，某id原处理节点为HASH（id）% N，新的处理节点就变成了HASH（id）% （N + 2），可能会将大量id的处理节点打乱重新分配，就会发现之前某节点保存的用户数据用不到了，而新的处理节点根本没有这些数据。在这段时间内，这些用户的状态受到破坏，如果是购物车，车里的东西都没了，如果是缓存服务，之前的缓存都消失了，起不到缓存的效果。可能需要用户重新登录，可能需要从数据库更新缓存，可能由此引入新的问题。

一致性哈希在一定程度上缓解了这个问题，步骤为：

    1.将整个哈希值空间组织成一个虚拟圆环，假设某哈希函数H的值空间为0-(2^32-1)，即32位无符号整数

    2.将各节点用H函数哈希，可以将服务器的IP或主机名作为关键字哈希，这样每个节点就能确定其在哈希环上的位置

    3.将id用H函数映射到哈希空间的一个值，沿该值向后，将遇到的第一个节点做为处理节点 

下图中，若某id的HASH值落在node1和node2各自HASH值的中间位置，则此id对应的业务请求由node2处理。

 

当增加服务节点时，只会影响与之相邻的某一节点，其他节点不受影响。如果在node2和node4之间增加一个node5，则只有node4处理的部分id（HASH值落在node2之后、node5之前的那部分id）变为由node5来处理，其他节点处理的id不变。比开头所述的简单HASH方式有了很大的改善。

 

如果节点数不多，将这些节点映射到值空间之后，分布可能会很不均匀，必然会造成个别节点处理的id数量远大于其他节点，这就起不到负载均衡的效果。这可以通过引入虚拟节点的方式解决，即对每一个节点计算多个HASH值，尽量保证这些HASH值比较均匀的分布在值空间中。当根据id查找节点时，找到的是虚拟节点，然后再根据虚拟节点查找对应的真实节点。多了一次查找的过程。