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一致性hash

定义

一致哈希是一种特殊的哈希算法。在使用一致哈希算法后，哈希表槽位数（大小）的改变平均只需要对 K/n个关键字重新映射，其中K是关键字的数量， n是槽位数量。然而在传统的哈希表中，添加或删除一个槽位的几乎需要对所有关键字进行重新映射。

目的

当slot数发生变化时，能够尽量少的移动数据。

普通hash的问题

如果有100个item，当增加一个node，之前99%的数据都需要重新移动。 当node数发生变化时，如何保证尽量少引起迁移呢？即当增加或者删除节点时，对于大多数item，保证原来分配到的某个node，现在仍然应该分配到那个node，将数据迁移量的降到最低。

一致性hash算法

改进-虚节点

一致性哈希算法的PHP实现

interface ConsistentHash
{
    //将字符串转为hash值
    public function cHash($str);

    //添加一台服务器到服务器列表中
    public function addServer($server);

    //从服务器删除一台服务器
    public function removeServer($server);

    //在当前的服务器列表中找到合适的服务器存放数据
    public function lookup($key);
}

/**
 * 具体一致性哈希实现
 * author chenqionghe
 * Class MyConsistentHash
 */
class MyConsistentHash implements ConsistentHash
{
    public $serverList = array(); //服务器列列表
    public $virtualPos = array(); //虚拟节点的位置
    public $virtualPosNum = 5;  //每个节点对应5个虚节点

    /**
     * 将字符串转换成32位无符号整数hash值
     *
     * @param string $str 字符串
     *
     * @return int
     */
    public function cHash($str)
    {
        $str = md5($str);

        return sprintf('%u', crc32($str));
    }

    /**
     * 在当前的服务器列表中找到合适的服务器存放数据
     *
     * @param string $key 键名
     *
     * @return mixed 返回服务器IP地址
     */
    public function lookup($key)
    {
        $point = $this->cHash($key);//落点的hash值
        $finalServer = current($this->virtualPos);//先取圆环上最小的一个节点当成结果
        foreach ($this->virtualPos as $pos => $server) {
            if ($point <= $pos) {
                $finalServer = $server;
                break;
            }
        }

        reset($this->virtualPos);//重置圆环的指针为第一个

        return $finalServer;
    }

    /**
     * 添加一台服务器到服务器列表中
     *
     * @param string $server 服务器IP地址
     *
     * @return bool
     */
    public function addServer($server)
    {
        if (!isset($this->serverList[$server])) {
            for ($i = 0; $i < $this->virtualPosNum; $i ++) {
                $pos = $this->cHash($server . '-' . $i);
                $this->virtualPos[$pos] = $server;
                $this->serverList[$server][] = $pos;
            }
            ksort($this->virtualPos, SORT_NUMERIC);
        }
        echo "增加服务器{$server}\n";

        return true;
    }

    /**
     * 移除一台服务器（循环所有的虚节点，删除值为该服务器地址的虚节点）
     *
     * @param string $server 服务器IP地址
     *
     * @return bool
     */
    public function removeServer($server)
    {
        if (isset($this->serverList[$server])) {
            //删除对应虚节点
            foreach ($this->serverList[$server] as $pos) {
                unset($this->virtualPos[$pos]);
            }
            //删除对应服务器
            unset($this->serverList[$server]);
        }
        echo "移除服务器{$server}\n";

        return true;
    }
}

$hashServer = new MyConsistentHash();
foreach (range(1, 10) as $server) {
    $hashServer->addServer("192.168.1.{$server}");
}
foreach (range(1, 10) as $key) {
    echo "保存 key{$key} 到 server :" . $hashServer->lookup("key{$key}") . "\n";
}
foreach (range(11, 20) as $server) {
    $hashServer->addServer("192.168.1.{$server}");
}
foreach (range(11, 20) as $key) {
    echo "保存 key{$key} 到 server :" . $hashServer->lookup("key{$key}") . "\n";
}

参考资料

Previous哈希算法NextData Structure

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