什么是一致性哈希

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一致性哈希算法在1997年由麻省理工學院提出，是一種特殊的哈希算法，目的是解決分布式緩存的問題，在移除或者添加一個服務器時，能夠盡可能小地改變已存在的服務請求與處理請求服務器之間的映射關系。

一致性哈希算法在1997年由麻省理工學院提出，是一種特殊的哈希算法，目的是解決分布式緩存的問題。在移除或者添加一個服務器時，能夠盡可能小地改變已存在的服務請求與處理請求服務器之間的映射關系。一致性哈希解決了簡單哈希算法在分布式哈希表( Distributed Hash Table，DHT) 中存在的動態伸縮等問題。

簡介:

一致性哈希算法是1997年在論文Consistenthashingandrandomtrees中被提出，在分布式系統中應用非常廣泛。一致性哈希是一種哈希算法，簡單地說在移除或者添加一個服務器時，此算法能夠盡可能小地改變已存在的服務請求與處理請求服務器之間的映射關系，盡可能滿足單調性的要求。在普通分布式集群中，服務請求與處理請求服務器之間可以一一對應，也就是說固定服務請求與處理服務器之間的映射關系，某個請求由固定的服務器去處理。這種方式無法對整個系統進行負載均衡，可能會造成某些服務器過于繁忙以至于無法處理新來的請求。而另一些服務器則過于空閑，整體系統的資源利用率低，并且當分布式集群中的某個服務器宕機，會直接導致某些服務請求無法處理 。

進一步的改進可以利用hash算法對服務請求與處理服務器之間的關系進行映射，以達到動態分配的目的。通過hash算法對服務請求進行轉換，轉換后的結果對服務器節點值進行取模運算，取模后的值就是服務請求對應的請求處理服務器。這種方法可以應對節點失效的情況，當某個分布式集群節點宕機，服務請求可以通過hash算法重新分配到其他可用的服務器上。避免了無法處理請求的狀況出現 。

但這種方法的缺陷也很明顯，如果服務器中保存有服務請求對應的數據，那么如果重新計算請求的hash值，會造成大量的請求被重定位到不同的服務器而造成請求所要使用的數據失效，這種情況在分布式系統中是非常糟糕的。一個設計良好的分布式系統應該具有良好的單調性，即服務器的添加與移除不會造成大量的哈希重定位，而一致性哈希恰好可以解決這個問題。

一致性哈希算法將整個哈希值空間映射成一個虛擬的圓環，整個哈希空間的取值范圍為0~232-1。整個空間按順時針方向組織。0~232-1在零點中方向重合。接下來使用如下算法對服務請求進行映射，將服務請求使用哈希算法算出對應的hash值，然后根據hash值的位置沿圓環順時針查找，第一臺遇到的服務器就是所對應的處理請求服務器。當增加一臺新的服務器，受影響的數據僅僅是新添加的服務器到其環空間中前一臺的服務器（也就是順著逆時針方向遇到的第一臺服務器）之間的數據，其他都不會受到影響。綜上所述，一致性哈希算法對于節點的增減都只需重定位環空間中的一小部分數據，具有較好的容錯性和可擴展性。

特點：

• 可擴展性。一致性哈希算法保證了增加或減少服務器時，數據存儲的改變最少，相比傳統哈希算法大大節省了數據移動的開銷。

• 更好地適應數據的快速增長。采用一致性哈希算法分布數據，當數據不斷增長時，部分虛擬節點中可能包含很多數據、造成數據在虛擬節點上分布不均衡，此時可以將包含數據多的虛擬節點分裂，這種分裂僅僅是將原有的虛擬節點一分為二、不需要對全部的數據進行重新哈希和劃分。虛擬節點分裂后，如果物理服務器的負載仍然不均衡，只需在服務器之間調整部分虛擬節點的存儲分布。這樣可以隨數據的增長而動態的擴展物理服務器的數量，且代價遠比傳統哈希算法重新分布所有數據要小很多。

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