分布式hash相关内容

Posted 2021-09-06 赵镇

Hash算法相关内容

⾸先有⼀条直线，直线开头和结尾分别定为为1和2的32次⽅减1，这相当于⼀个地址，对于这样⼀条
线，弯过来构成⼀个圆环形成闭环，这样的⼀个圆环称为hash环。我们把服务器的ip或者主机名求
hash值然后对应到hash环上，那么针对客户端⽤户，也根据它的ip进⾏hash求值，对应到环上某个位
置，然后如何确定⼀个客户端路由到哪个服务器处理呢？按照顺时针⽅向找最近的服务器节点
假如将服务器3下线，服务器3下线后，原来路由到3的客户端重新路由到服务器4，对于其他客户端没有
影响只是这⼀⼩部分受影响（请求的迁移达到了最⼩，这样的算法对分布式集群来说⾮常合适的，避免
了⼤量请求迁移 ）
增加服务器5之后，原来路由到3的部分客户端路由到新增服务器5上，对于其他客户端没有影响只是这
⼀⼩部分受影响（请求的迁移达到了最⼩，这样的算法对分布式集群来说⾮常合适的，避免了⼤量请求
迁移 ）
1）如前所述，每⼀台服务器负责⼀段，⼀致性哈希算法对于节点的增减都只需重定位环空间中的⼀⼩
部分数据，具有较好的容错性和可扩展性。
但是，⼀致性哈希算法在服务节点太少时，容易因为节点分部不均匀⽽造成数据倾斜问题。例如系统中
只有两台服务器，其环分布如下，节点2只能负责⾮常⼩的⼀段，⼤量的客户端
请求落在了节点1上，这就是数据（请求）倾斜问题
2）为了解决这种数据倾斜问题，⼀致性哈希算法引⼊了虚拟节点机制，即对每⼀个服务节点计算多个
哈希，每个计算结果位置都放置⼀个此服务节点，称为虚拟节点。
具体做法可以在服务器ip或主机名的后⾯增加编号来实现。⽐如，可以为每台服务器计算三个虚拟节
点，于是可以分别计算 “节点1的ip#1”、“节点1的ip#2”、“节点1的ip#3”、“节点2的ip#1”、“节点2的
ip#2”、“节点2的ip#3”的哈希值，于是形成六个虚拟节点，当客户端被路由到虚拟节点的时候其实是被
路由到该虚拟节点所对应的真实节点

一致性Hash算法的代码

普通hash算法

/**
* 普通Hash算法实现
*/
public class GeneralHash {
public static void main(String[] args) {
// 定义客户端IP
String[] clients = new String[]
{"10.78.12.3","113.25.63.1","126.12.3.8"};
// 定义服务器数量
int serverCount = 5;// (编号对应0，1，2)
// hash(ip)%node_counts=index
//根据index锁定应该路由到的tomcat服务器
for(String client: clients) {
int hash = Math.abs(client.hashCode());
int index = hash%serverCount;
System.out.println("客户端：" + client + " 被路由到服务器编号为：" + index);
 }
 }
}

一致性hash算法不带虚拟节点

public class ConsistentHashNoVirtual {
public static void main(String[] args) {
//step1 初始化：把服务器节点IP的哈希值对应到哈希环上
// 定义服务器ip
String[] tomcatServers = new String[]
{"123.111.0.0","123.101.3.1","111.20.35.2","123.98.26.3"};
SortedMap<Integer,String> hashServerMap = new TreeMap<>();
for(String tomcatServer: tomcatServers) {
// 求出每⼀个ip的hash值，对应到hash环上，存储hash值与ip的对应关系
int serverHash = Math.abs(tomcatServer.hashCode());
// 存储hash值与ip的对应关系
hashServerMap.put(serverHash,tomcatServer);
 }
//step2 针对客户端IP求出hash值
// 定义客户端IP
String[] clients = new String[]
{"10.78.12.3","113.25.63.1","126.12.3.8"};
for(String client : clients) {
int clientHash = Math.abs(client.hashCode());
//step3 针对客户端,找到能够处理当前客户端请求的服务器（哈希环上顺时针最
近）
// 根据客户端ip的哈希值去找出哪⼀个服务器节点能够处理（）
SortedMap<Integer, String> integerStringSortedMap =
hashServerMap.tailMap(clientHash);
if(integerStringSortedMap.isEmpty()) {
// 取哈希环上的顺时针第⼀台服务器
Integer firstKey = hashServerMap.firstKey();
System.out.println("==========>>>>客户端：" + client + " 被
路由到服务器：" + hashServerMap.get(firstKey));
 }else{
Integer firstKey = integerStringSortedMap.firstKey();
System.out.println("==========>>>>客户端：" + client + " 被
路由到服务器：" + hashServerMap.get(firstKey));
 }
 }
 }
}

一致性hash算法带虚拟节点

public class ConsistentHashWithVirtual {
public static void main(String[] args) {
//step1 初始化：把服务器节点IP的哈希值对应到哈希环上
// 定义服务器ip
String[] tomcatServers = new String[]
{"123.111.0.0","123.101.3.1","111.20.35.2","123.98.26.3"};
SortedMap<Integer,String> hashServerMap = new TreeMap<>();
// 定义针对每个真实服务器虚拟出来⼏个节点
int virtaulCount = 3;
for(String tomcatServer: tomcatServers) {
// 求出每⼀个ip的hash值，对应到hash环上，存储hash值与ip的对应关系
int serverHash = Math.abs(tomcatServer.hashCode());
// 存储hash值与ip的对应关系
hashServerMap.put(serverHash,tomcatServer);
// 处理虚拟节点
for(int i = 0; i < virtaulCount; i++) {
int virtualHash = Math.abs((tomcatServer + "#" + i).hashCode());
hashServerMap.put(virtualHash,"----由虚拟节点"+ i + "映射过
来的请求："+ tomcatServer);
 }
 }
//step2 针对客户端IP求出hash值
// 定义客户端IP
String[] clients = new String[]
{"10.78.12.3","113.25.63.1","126.12.3.8"};
for(String client : clients) {
int clientHash = Math.abs(client.hashCode());
//step3 针对客户端,找到能够处理当前客户端请求的服务器（哈希环上顺时针最
近）
// 根据客户端ip的哈希值去找出哪⼀个服务器节点能够处理（）
SortedMap<Integer, String> integerStringSortedMap =
hashServerMap.tailMap(clientHash);
if(integerStringSortedMap.isEmpty()) {
// 取哈希环上的顺时针第⼀台服务器
Integer firstKey = hashServerMap.firstKey();
System.out.println("==========>>>>客户端：" + client + " 被
路由到服务器：" + hashServerMap.get(firstKey));
 }else{
Integer firstKey = integerStringSortedMap.firstKey();
System.out.println("==========>>>>客户端：" + client + " 被
路由到服务器：" + hashServerMap.get(firstKey));
 }
 }
 }
}

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