一致性哈希概念与Python的简单实现
好像从开始接触ZooKeeper的时候就知道了有一致性哈希这东西。。。。不过倒是一直都没有去了解这到底是个啥东西。。。只是知道它在分布式系统设计中有十分重要的作用。。。。
好了,接下来用举例子的方式来说一下一致性哈希到底有啥用吧。。。场景如下:
当前有4台服务器组成的分布式缓存系统,这里对于一个Key,通过哈希的方式,将其保存到某一台服务器上。。。
对于一般的哈希算法,我们首先会想到用一些哈希算法来获取Key的哈希值,例如MD5啥的。。。接着进行一次取模的操作,通过余数来确定将这个Key保存到哪一台服务器上。。。
嗯,这种方法确实很简单。。。不够缺存在很大的问题:
当系统中某一台服务器退出了之后,那么对于所有Key的哈希分布都得重新来过,以前的缓存也就基本失效了。。。
同时:
如果在系统中加入新的服务器,所有的Key的哈希分布也都失效了。。。
接下来就可以引入一致性哈希了。。。它就是用于解决这种问题的了。。。
这里无耻的盗一张图:
这里的关键就是,不光是要对缓存的key进行哈希,同时也需要服务器也提供一个key进行哈希,然后将其分布在一个闭圆上,在决定一个key的分布的时候,这里通过找到第一个大于这个key的哈希值的服务器就行了。。。
这样在当一台服务器退出之后,或者有新的服务器加入进来之后,只会影响一部分的key的哈希分布,不至于导致所有的key的哈希分布都失效。。。。
另外,如果服务器比较少的情况下,一般都会引入虚拟节点的概念。。也就是一个服务器在圆上对应多个节点。。。
当然这个只是对一致性哈希比较皮毛的理解。。。对于其在分布式系统中其他的高端用法也不太清楚。。不过好在以后不用怕再遇到这概念了。。
这里还简单的实现了一个简单的一致性哈希算法。。。用python写的:
# -*- coding: utf-8 -*-
import hashlib
class YHash(object):
def __init__(self, nodes=None, n_number=3):
"""
:param nodes: 所有的节点
:param n_number: 一个节点对应多少个虚拟节点
:return:
"""
self._n_number = n_number #每一个节点对应多少个虚拟节点,这里默认是3个
self._node_dict = dict() #用于将虚拟节点的hash值与node的对应关系
self._sort_list = [] #用于存放所有的虚拟节点的hash值,这里需要保持排序
if nodes:
for node in nodes:
self.add_node(node)
def add_node(self, node):
"""
添加node,首先要根据虚拟节点的数目,创建所有的虚拟节点,并将其与对应的node对应起来
当然还需要将虚拟节点的hash值放到排序的里面
这里在添加了节点之后,需要保持虚拟节点hash值的顺序
:param node:
:return:
"""
for i in xrange(self._n_number):
node_str = "%s%s" % (node, i)
key = self._gen_key(node_str)
self._node_dict[key] = node
self._sort_list.append(key)
self._sort_list.sort()
def remove_node(self, node):
"""
这里一个节点的退出,需要将这个节点的所有的虚拟节点都删除
:param node:
:return:
"""
for i in xrange(self._n_number):
node_str = "%s%s" % (node, i)
key = self._gen_key(node_str)
del self._node_dict[key]
self._sort_list.remove(key)
def get_node(self, key_str):
"""
返回这个字符串应该对应的node,这里先求出字符串的hash值,然后找到第一个小于等于的虚拟节点,然后返回node
如果hash值大于所有的节点,那么用第一个虚拟节点
:param :
:return:
"""
if self._sort_list:
key = self._gen_key(key_str)
for node_key in self._sort_list:
if key <= node_key:
return self._node_dict[node_key]
return self._node_dict[self._sort_list[0]]
else:
return None
@staticmethod
def _gen_key(key_str):
"""
通过key,返回当前key的hash值,这里采用md5
:param key:
:return:
"""
md5_str = hashlib.md5(key_str).hexdigest()
return long(md5_str, 16)
fjs = YHash(["127.0.0.1", "192.168.1.1"])
print fjs.get_node("fjs32121")
相关文章