Week 5 作业
发布于: 2020 年 07 月 08 日
用你熟悉的编程语言实现一致性 hash 算法。
编写测试用例测试这个算法，测试 100 万 KV 数据，10 个服务器节点的情况下，计算这些 KV 数据在服务器上分布数量的标准差，以评估算法的存储负载不均衡性。
一致性 hash 算法是分布式中一个常用且好用的分片算法、或者数据库分库分表算法。现在的互联网服务架构中，为避免单点故障、提升处理效率、横向扩展等原因，分布式系统已经成为了居家旅行必备的部署模式，所以也产出了几种数据分片的方法：
1.取模，2.划段，3.一致性 hash
前两种有很大的一个问题就是需要固定的节点数，即节点数不能变，不能某一个节点挂了或者实时增加一个节点，变了分片规则就需要改变，需要迁移的数据也多。
那么一致性 hash 是怎么解决这个问题的呢？
一致性 hash：对节点和数据，都做一次 hash 运算，然后比较节点和数据的 hash 值，数据值和节点最相近的节点作为处理节点。为了分布得更均匀，通过使用虚拟节点的方式，每个节点计算出 n 个 hash 值，均匀地放在 hash 环上这样数据就能比较均匀地分布到每个节点。
import java.util.SortedMap;import java.util.TreeMap; /** * 不带虚拟节点的一致性Hash算法 */public class ConsistentHashingWithoutVirtualNode { //待添加入Hash环的服务器列表 private static String[] servers = { "192.168.0.0:111", "192.168.0.1:111", "192.168.0.2:111", "192.168.0.3:111", "192.168.0.4:111" }; //key表示服务器的hash值，value表示服务器 private static SortedMap<Integer, String> sortedMap = new TreeMap<Integer, String>(); //程序初始化，将所有的服务器放入sortedMap中 static { for (int i=0; i<servers.length; i++) { int hash = getHash(servers[i]); System.out.println("[" + servers[i] + "]加入集合中, 其Hash值为" + hash); sortedMap.put(hash, servers[i]); } System.out.println(); } //得到应当路由到的结点 private static String getServer(String key) { //得到该key的hash值 int hash = getHash(key); //得到大于该Hash值的所有Map SortedMap<Integer, String> subMap = sortedMap.tailMap(hash); if(subMap.isEmpty()){ //如果没有比该key的hash值大的，则从第一个node开始 Integer i = sortedMap.firstKey(); //返回对应的服务器 return sortedMap.get(i); }else{ //第一个Key就是顺时针过去离node最近的那个结点 Integer i = subMap.firstKey(); //返回对应的服务器 return subMap.get(i); } } //使用FNV1_32_HASH算法计算服务器的Hash值,这里不使用重写hashCode的方法，最终效果没区别 private static int getHash(String str) { final int p = 16777619; int hash = (int) 2166136261L; for (int i = 0; i < str.length(); i++) hash = (hash ^ str.charAt(i)) * p; hash += hash << 13; hash ^= hash >> 7; hash += hash << 3; hash ^= hash >> 17; hash += hash << 5; // 如果算出来的值为负数则取其绝对值 if (hash < 0) hash = Math.abs(hash); return hash; } public static void main(String[] args) { String[] keys = {"太阳", "月亮", "星星","木星"}; for (int i = 0; i < keys.length; i++) { System.out.println("[" + keys[i] + "]的hash值为" + getHash(keys[i]) + ", 被路由到结点[" + getServer(keys[i]) + "]"); } }}复制代码
import java.util.LinkedList;import java.util.List;import java.util.SortedMap;import java.util.TreeMap; import org.apache.commons.lang.StringUtils; /** * 带虚拟节点的一致性Hash算法 */ public class ConsistentHashingWithoutVirtualNode { //待添加入Hash环的服务器列表 private static String[] servers = {"192.168.0.0:111", "192.168.0.1:111", "192.168.0.2:111", "192.168.0.3:111", "192.168.0.4:111"}; //真实结点列表,考虑到服务器上线、下线的场景，即添加、删除的场景会比较频繁，这里使用LinkedList会更好 private static List<String> realNodes = new LinkedList<String>(); //虚拟节点，key表示虚拟节点的hash值，value表示虚拟节点的名称 private static SortedMap<Integer, String> virtualNodes = new TreeMap<Integer, String>(); //虚拟节点的数目，这里写死，为了演示需要，一个真实结点对应5个虚拟节点 private static final int VIRTUAL_NODES = 5; static{ //先把原始的服务器添加到真实结点列表中 for(int i=0; i<servers.length; i++) realNodes.add(servers[i]); //再添加虚拟节点，遍历LinkedList使用foreach循环效率会比较高 for (String str : realNodes){ for(int i=0; i<VIRTUAL_NODES; i++){ String virtualNodeName = str + "&&VN" + String.valueOf(i); int hash = getHash(virtualNodeName); System.out.println("虚拟节点[" + virtualNodeName + "]被添加, hash值为" + hash); virtualNodes.put(hash, virtualNodeName); } } System.out.println(); } //使用FNV1_32_HASH算法计算服务器的Hash值,这里不使用重写hashCode的方法，最终效果没区别 private static int getHash(String str){ final int p = 16777619; int hash = (int)2166136261L; for (int i = 0; i < str.length(); i++) hash = (hash ^ str.charAt(i)) * p; hash += hash << 13; hash ^= hash >> 7; hash += hash << 3; hash ^= hash >> 17; hash += hash << 5; // 如果算出来的值为负数则取其绝对值 if (hash < 0) hash = Math.abs(hash); return hash; } //得到应当路由到的结点 private static String getServer(String key){ //得到该key的hash值 int hash = getHash(key); // 得到大于该Hash值的所有Map SortedMap<Integer, String> subMap = virtualNodes.tailMap(hash); String virtualNode; if(subMap.isEmpty()){ //如果没有比该key的hash值大的，则从第一个node开始 Integer i = virtualNodes.firstKey(); //返回对应的服务器 virtualNode = virtualNodes.get(i); }else{ //第一个Key就是顺时针过去离node最近的那个结点 Integer i = subMap.firstKey(); //返回对应的服务器 virtualNode = subMap.get(i); } //virtualNode虚拟节点名称要截取一下 if(StringUtils.isNotBlank(virtualNode)){ return virtualNode.substring(0, virtualNode.indexOf("&&")); } return null; } public static void main(String[] args) { String[] keys = {"太阳", "月亮", "星星","木星"}; for (int i = 0; i < keys.length; i++) { System.out.println("[" + keys[i] + "]的hash值为" + getHash(keys[i]) + ", 被路由到结点[" + getServer(keys[i]) + "]"); } }}复制代码
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发布于: 2020 年 07 月 08 日阅读数: 35
Jeremy
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