php一致性哈希演算法

1. php 函數hash_hmac()怎麼用

hash_hmac — 使用 HMAC 方法生成帶有密鑰的哈希值

stringhash_hmac(string$algo,string$data,string$key[,bool$raw_output=false])

參數：

algo：要使用的哈希演算法名稱，例如："md5"，"sha256"，"haval160,4" 等。

data：要進行哈希運算的消息。

key：使用 HMAC 生成信息摘要時所使用的密鑰。

raw_output：設置為 TRUE 輸出原始二進制數據， 設置為 FALSE 輸出小寫 16 進制字元串。

返回值：

如果 raw_output 設置為 TRUE， 則返回原始二進制數據表示的信息摘要，否則返回 16 進制小寫字元串格式表示的信息摘要。

如果 algo 參數指定的不是受支持的演算法，返回 FALSE。

2. 哈希表、哈希演算法、一致性哈希表

    散列表（Hash table，也叫哈希表），是根據關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的數據結構。它通過把關鍵碼映射到表中一個位置來訪問記錄，以加快查找的速度。這個映射函數叫做散列函數（哈希函數），存放記錄的數組叫做散列表。

  優點：

        哈希表可以提供快速的操作。

缺點：

        哈希表通常是基於數組的，數組創建後難於擴展。

        也沒有一種簡便的方法可以以任何一種順序〔例如從小到大）遍歷表中的數據項 。

    綜上， 如果不需要有序遍歷數據，井且可以提前預測數據量的大小。那麼哈希表在速度和易用性方面是無與倫比的。

        1. 使用哈希函數將被查找的鍵轉換為數組的索引。

        2. 處理哈希碰撞沖突。

    若關鍵字為 k ，則其值存放在 f(k) 的存儲位置上。由此，不需比較便可直接取得所查記錄。稱這個對應關系 f 為散列函數，按這個思想建立的表為散列表。

    若對於關鍵字集合中的任一個關鍵字，經散列函數映象到地址集合中任何一個地址的概率是相等的，則稱此類散列函數為 均勻散列函數 (Uniform Hash function)，這就是使關鍵字經過散列函數得到一個"隨機的地址"，從而減少碰撞。

散列函數能使對一個數據序列的訪問過程更加迅速有效，通過散列函數，數據元素將被更快地定位。

一個好的散列函數一般應該考慮下列因素 ：

    1.計算簡單，以便提高轉換速度。

    2.關鍵詞對應的地址空間分布均勻，以盡量減少沖突。

1.   直接定址法

    取關鍵字或者關鍵字的某個線性函數值作為哈希地址,即H(Key)=Key或者H(Key)=a*Key+b(a,b為整數),這種散列函數也叫做自身函數.如果H(Key)的哈希地址上已經有值了,那麼就往下一個位置找,直到找到H(Key)的位置沒有值了就把元素放進去。

2.   數字分析法

    數字分析法就是找出數字的規律，盡可能利用這些數據來構造沖突幾率較低的散列地址。

3.   平方取中法

    取關鍵字平方後的中間幾位作為散列地址。這種方法的原理是通過取平方擴大差別，平方值的中間幾位和這個數的每一位都相關，則對不同的關鍵字得到的哈希函數值不易產生沖突，由此產生的哈希地址也較為均勻。該方法適用於關鍵字中的每一位都有某些數字重復出現頻度很高的現象。

4.   折疊法

    折疊法是將關鍵字分割成位數相同的幾部分,最後一部分位數可以不同,然後取這幾部分的疊加和(注意:疊加和時去除進位)作為散列地址。

    數位疊加可以有移位疊加和間界疊加兩種方法。移位疊加是將分割後的每一部分的最低位對齊,然後相加;間界疊加是從一端向另一端沿分割界來回折疊,然後對齊相加。

    該方法適用於關鍵字特別多的情況。

5.   隨機數法

    選擇一個隨機數,作為散列地址,通常用於關鍵字長度不同的場合。

6.   除留余數法

    取關鍵字被某個不大於散列表表長m的數p除後所得的余數為散列地址.即H(Key)=Key MOD p,p<=m.不僅可以對關鍵字直接取模,也可在折疊、平方取中等運算之後取模。對p的選擇很重要，一般取素數或m，若p選得不好，則很容易產生沖突。

    對不同的關鍵字可能得到同一散列地址，即 k1≠k2 ，而 f(k1)=f(k2) ，這種現象稱為碰撞(英語:Collision)。具有相同函數值的關鍵字對該散列函數來說稱做同義詞。

    通過構造性能良好的散列函數，可以減少沖突，但一般不可能完全避免沖突，因此解決沖突是哈希法的另一個關鍵問題。 創建哈希表和查找哈希表都會遇到沖突，兩種情況下解決沖突的方法應該一致。

下面以創建哈希表為例，說明解決沖突的方法。

1.開放定址法

    這種方法也稱再散列法，其基本思想是：當關鍵字key的哈希地址p=H(key)出現沖突時，以p為基礎，產生另一個哈希地址p1，如果p1仍然沖突，再以p為基礎，產生另一個哈希地址p2，…，直到找出一個不沖突的哈希地址pi ，將相應元素存入其中。這種方法有一個通用的再散列函數形式：Hi=(H(key)+di)%m   i=1，2，…，m-1,其中H（key）為哈希函數，m 為表長，di稱為增量序列，i為碰撞次數。增量序列的取值方式不同，相應的再散列方式也不同。增量序列主要有以下幾種：

    (1) 線性探測再散列

        di=1，2，3，…，m-1

        這種方法的特點是：沖突發生時，順序查看錶中下一單元，直到找出一個空單元或查遍全表。

    (2)二次探測再散列

        di=12，-12，22，-22，…，k2，-k2( k<=m/2 )

        這種方法的特點是：沖突發生時，在表的左右進行跳躍式探測，比較靈活。

    (3)偽隨機探測再散列

        di=偽隨機數序列。

    線性探測再散列的 優點 是：只要哈希表不滿，就一定能找到一個不沖突的哈希地址，而二次探測再散列和偽隨機探測再散列則不一定。線性探測再散列容易產生「二次聚集」，即在處理同義詞的沖突時又導致非同義詞的沖突。

    其實除了上面的幾種方法，開放定址法還有很多變種，不過都是對di有不同的表示方法。（如雙散列探測法：di=i*h2(k)）

2.再哈希法

    這種方法是同時構造多個不同的哈希函數：Hi=RHi（key），i=1，2,3，…,n。

    當哈希地址H1=RH1（key）發生沖突時，再計算H2=RH2（key）……，直到沖突不再產生。這種方法不易產生聚集，但增加了計算時間。

 3.鏈地址法(拉鏈法)

    這種方法的基本思想是將所有哈希地址相同的元素構成一個稱為同義詞鏈的單鏈表，並將單鏈表的頭指針存在哈希表（數組）中，因而查找、插入和刪除主要在同義詞鏈中進行。若選定的散列表長度為m，則可將散列表定義為一個由m個頭指針組成的指針數組T[0..m-1]。凡是散列地址為i的結點，均插入到以T[i]為頭指針的單鏈表中。T中各分量的初值均應為空指針。鏈地址法適用於經常進行插入和刪除的情況。

     拉鏈法的優點

        與開放定址法相比，拉鏈法有如下幾個優點：

            (1)拉鏈法處理沖突簡單，且無堆積現象，即非同義詞決不會發生沖突，因此平均查找長度較短；

            (2)由於拉鏈法中各鏈表上的結點空間是動態申請的，故它更適合於造表前無法確定表長的情況；

            (3)開放定址法為減少沖突，要求裝填因子α較小，故當結點規模較大時會浪費很多空間。而拉鏈法中理論上可取α≥1，且結點較大時，拉鏈法中增加的指針域可忽略不計，因此節省空間；（散列表的裝填因子定義為：α= 填入表中的元素個數 / 散列表的長度）

註：HashMap默認裝填因子是0.75。

            (4)在用拉鏈法構造的散列表中，刪除結點的操作易於實現。只要簡單地刪去鏈表上相應的結點即可。而對開放定址法構造的散列表，刪除結點不能簡單地將被刪結點的空間置為空，否則將截斷在它之後填入散列表的同義詞結點的查找路徑。這是因為各種開放定址法中，空地址單元都被理解沒有查找到元素。 因此在用開放定址法處理沖突的散列表上執行刪除操作，只能在被刪結點上做刪除標記，而不能真正刪除結點。

     拉鏈法的缺點

        拉鏈法的缺點是：指針需要額外的空間，故當結點規模較小時，開放定址法較為節省空間，此時將節省的指針空間用來擴大散列表的規模，可使裝填因子變小，這又減少了開放定址法中的沖突，從而提高平均查找速度。

4、建立公共溢出區

    這種方法的基本思想是：將哈希表分為基本表和溢出表兩部分，凡是和基本表發生沖突的元素，一律填入溢出表(在這個方法裡面是把元素分開兩個表來存儲)。

    散列表的查找過程基本上和造表過程相同。一些關鍵碼可通過散列函數轉換的地址直接找到，另一些關鍵碼在散列函數得到的地址上產生了沖突，需要按處理沖突的方法進行查找。在介紹的三種處理沖突的方法中，產生沖突後的查找仍然是給定值與關鍵碼進行比較的過程。所以，對散列表查找效率的量度，依然用平均查找長度來衡量。

    查找過程中，關鍵碼的比較次數，取決於產生沖突的多少，產生的沖突少，查找效率就高，產生的沖突多，查找效率就低。因此，影響產生沖突多少的因素，也就是影響查找效率的因素。

影響產生沖突多少有以下三個因素:

    1. 散列函數是否均勻;

    2. 處理沖突的方法;

    3. 散列表的裝填因子。

     散列表的裝填因子

        定義為:α= 填入表中的元素個數 / 散列表的長度

        α是散列表裝滿程度的標志因子。由於表長是定值，α與"填入表中的元素個數"成正比，所以，α越大，填入表中的元素較多，產生沖突的可能性就越大;α越小，填入表中的元素較少，產生沖突的可能性就越小。

        實際上，散列表的平均查找長度是裝填因子α的函數，只是不同處理沖突的方法有不同的函數。

    這個HASH演算法不是大學里數據結構課里那個HASH表的演算法。這里的HASH演算法是密碼學的基礎，了解了hash基本定義，就不能不提到一些著名的hash演算法，MD5 和 SHA-1 可以說是目前應用最廣泛的Hash演算法，而它們都是以 MD4 為基礎設計的。

Hash演算法在信息安全方面的應用主要體現在以下的3個方面:

     ⑴  文件校驗

        我們比較熟悉的校驗演算法有奇偶校驗和CRC校驗，這2種校驗並沒有抗 數據篡改 的能力，它們一定程度上能檢測出數據傳輸中的信道誤碼，但卻不能防止對數據的惡意破壞。

        MD5 Hash演算法的"數字指紋"特性，使它成為目前應用最廣泛的一種文件完整性 校驗和 (Checksum)演算法，不少Unix系統有提供計算md5 checksum的命令。

     ⑵  數字簽名

        Hash 演算法也是現代密碼體系中的一個重要組成部分。由於非對稱演算法的運算速度較慢，所以在 數字簽名 協議中，單向散列函數扮演了一個重要的角色。對 Hash 值，又稱"數字摘要"進行數字簽名，在統計上可以認為與對文件本身進行數字簽名是等效的。而且這樣的協議還有其他的優點。

     ⑶ 鑒權協議

        如下的鑒權協議又被稱作挑戰--認證模式:在傳輸信道是可被偵聽，但不可被篡改的情況下，這是一種簡單而安全的方法。

    一致性哈希表簡稱DHT，主要應用於分布式緩存中，可以用來解決分布式存儲結構下動態增加和刪除節點所帶來的問題。比如，一個分布式的存儲系統，要將數據存儲到具體的節點上，如果採用普通的hash方法，將數據映射到具體的節點上，如key%N（key是數據的key，N是機器節點數），如果有一個機器加入或退出這個集群，則所有的數據映射都無效了，如果是持久化存儲則要做數據遷移，如果是分布式緩存，則其他緩存就失效了。

判定哈希演算法好壞的四個定義 ：

    1、平衡性(Balance)：平衡性是指哈希的結果能夠盡可能分布到所有的緩沖中去，這樣可以使得所有的緩沖空間都得到利用。

    2、單調性(Monotonicity)：單調性是指如果已經有一些內容通過哈希分派到了相應的緩沖中，又有新的緩沖加入到系統中。哈希的結果應能夠保證原有已分配的內容可以被映射到原有的或者新的緩沖中去，而不會被映射到舊的緩沖集合中的其他緩沖區。

    3、分散性(Spread)：在分布式環境中，終端有可能看不到所有的緩沖，而是只能看到其中的一部分。當終端希望通過哈希過程將內容映射到緩沖上時，由於不同終端所見的緩沖范圍有可能不同，從而導致哈希的結果不一致，最終的結果是相同的內容被不同的終端映射到不同的緩沖區中。這種情況顯然是應該避免的，因為它導致相同內容被存儲到不同緩沖中去，降低了系統存儲的效率。 分散性的定義就是上述情況發生的嚴重程度。好的哈希演算法應能夠盡量避免不一致的情況發生，也就是盡量降低分散性。

    4、負載(Load)：負載問題實際上是從另一個角度看待分散性問題。既然不同的終端可能將相同的內容映射到不同的緩沖區中，那麼對於一個特定的緩沖區而言，也可能被不同的用戶映射為不同的內容。與分散性一樣，這種情況也是應當避免的， 因此好的哈希演算法應能夠盡量降低緩沖的負荷。

    在分布式集群中，對機器的添加刪除，或者機器故障後自動脫離集群這些操作是分布式集群管理最基本的功能。如果採用常用的hash取模演算法，那麼在有機器添加或者刪除後，很多原有的數據就無法找到了，這樣嚴重的違反了單調性原則。接下來主要說明一下一致性哈希演算法是如何設計的。

以SpyMemcached的ketama演算法來說，思路是這樣的：

把數據用hash函數，映射到一個很大的空間里，如圖所示。數據的存儲時，先得到一個hash值，對應到這個環中的每個位置，如k1對應到了圖中所示的位置，然後沿順時針找到一個機器節點B，將k1存儲到B這個節點中。

如果B節點宕機了，則B上的數據就會落到C節點上，如下圖所示：

這樣，只會影響C節點，對其他的節點A，D的數據不會造成影響。然而，這又會造成一個「雪崩」的情況，即C節點由於承擔了B節點的數據，所以C節點的負載會變高，C節點很容易也宕機，這樣依次下去，這樣造成整個集群都掛了。

為此，引入了「虛擬節點」的概念：即把想像在這個環上有很多「虛擬節點」，數據的存儲是沿著環的順時針方向找一個虛擬節點，每個虛擬節點都會關聯到一個真實節點，如下圖所使用：

圖中的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2都是虛擬節點，機器A負載存儲A1、A2的數據，機器B負載存儲B1、B2的數據，機器C負載存儲C1、C2的數據。由於這些虛擬節點數量很多，均勻分布，因此不會造成「雪崩」現象。

3. 負載均衡是怎麼做的~

1、服務直接返回：這種安裝方式負載均衡的LAN口不使用，WAN口與伺服器在同一個網路中，互聯網的客戶端訪問負載均衡的虛IP（VIP），虛IP對應負載均衡機的WAN口，負載均衡根據策略將流量分發到伺服器上，伺服器直接響應客戶端的請求。

2、橋接模式：橋接模式配置簡單，不改變現有網路。負載均衡的WAN口和LAN口分別連接上行設備和下行伺服器。LAN口不需要配置IP（WAN口與LAN口是橋連接），所有的伺服器與負載均衡均在同一邏輯網路中。

3、路由模式：路由模式的部署方式，伺服器的網關必須設置成負載均衡機的LAN口地址，且與WAN口分署不同的邏輯網路。因此所有返回的流量也都經過負載均衡。這種方式對網路的改動小，能均衡任何下行流量。

(3)php一致性哈希演算法擴展閱讀

負載均衡的演算法:

1、隨機演算法：Random隨機，按權重設置隨機概率。在一個截面上碰撞的概率高，但調用量越大分布越均勻，而且按概率使用權重後也比較均勻，有利於動態調整提供者權重。

2、哈希演算法：一致性哈希一致性Hash，相同參數的請求總是發到同一提供者。當某一台提供者掛時，原本發往該提供者的請求，基於虛擬節點，平攤到其它提供者，不會引起劇烈變動。

3、URL散列：通過管理客戶端請求URL信息的散列，將發送至相同URL的請求轉發至同一伺服器的演算法。

參考資料

網路-負載均衡

4. nginx 負載均衡之一致性hash，普通hash

哈希負載均衡原理
  ngx_http_upstream_hash_mole支持普通的hash及一致性hash兩種負載均衡演算法，默認的是普通的hash來進行負載均衡。
  nginx 普通的hash演算法支持配置http變數值作為hash值計算的key，通過hash計算得出的hash值和總權重的余數作為挑選server的依據；nginx的一致性hash(chash)演算法則要復雜一些。這里會對一致性hash的機制原理作詳細的說明。
一致性hash演算法的原理
一致性hash用於對hash演算法的改進，後端伺服器在配置的server的數量發生變化後，同一個upstream server接收到的請求會的數量和server數量變化之間會有變化。尤其是在負載均衡配置的upstream server數量發生增長後，造成產生的請求可能會在後端的upstream server中並不均勻，有的upstream server負載很低，有的upstream server負載較高，這樣的負載均衡的效果比較差，可能對upstream server造成不良的影響。由此，產生了一致性hash演算法來均衡。
   那麼為什麼一致性hash演算法能改善這種情況呢？這里引用網上資料的一致性hash演算法的圖例。
因為對於hash(k)的范圍在int范圍，所以我們將0~2^32作為一個環。其步驟為：
1，求出每個伺服器的hash（伺服器ip）值，將其配置到一個 0~2^n 的圓環上（n通常取32）。
2，用同樣的方法求出待存儲對象的主鍵 hash值，也將其配置到這個圓環上，然後從數據映射到的位置開始順時針查找，將數據分布到找到的第一個伺服器節點上。
其分布如圖：

除了上邊的優點，其實還有一個優點：對於熱點數據，如果發現node1訪問量明顯很大，負載高於其他節點，這就說明node1存儲的數據是熱點數據。這時候，為了減少node1的負載，我們可以在熱點數據位置再加入一個node，用來分擔熱點數據的壓力。
雪崩效應

接下來我們來看一下，當有節點宕機時會有什麼問題。如下圖：

如上圖，當B節點宕機後，原本存儲在B節點的k1，k2將會遷移到節點C上，這可能會導致很大的問題。如果B上存儲的是熱點數據，將數據遷移到C節點上，然後C需要承受B+C的數據，也承受不住，也掛了。。。。然後繼續CD都掛了。這就造成了雪崩效應。
上面會造成雪崩效應的原因分析：
如果不存在熱點數據的時候，每台機器的承受的壓力是M/2(假設每台機器的最高負載能力為M)，原本是不會有問題的，但是，這個時候A伺服器由於有熱點數據掛了，然後A的數據遷移至B，導致B所需要承受的壓力變為M（還不考慮熱點數據訪問的壓力），所以這個失敗B是必掛的，然後C至少需要承受1.5M的壓力。。。。然後大家一起掛。。。
所以我們通過上面可以看到，之所以會大家一起掛，原因在於如果一台機器掛了，那麼它的壓力全部被分配到一台機器上，導致雪崩。

怎麼解決雪崩問題呢，這時候需要引入虛擬節點來進行解決。
虛擬節點

虛擬節點，我們可以針對每個實際的節點，虛擬出多個虛擬節點，用來映射到圈上的位置，進行存儲對應的數據。如下圖：

如上圖：A節點對應A1，A2，BCD節點同理。這時候，如果A節點掛了，A節點的數據遷移情況是:A1數據會遷移到C2，A2數據遷移到D1。這就相當於A的數據被C和D分擔了，這就避免了雪崩效應的發送，而且虛擬節點我們可以自定義設置，使其適用於我們的應用。

ngx_http_upstream_consistent_hash
該模塊可以根據配置參數採取不同的方式將請求均勻映射到後端機器，比如：

指令
語法：consistent_hash variable_name
默認值：none
上下文：upstream

配置upstream採用一致性hash作為負載均衡演算法，並使用配置的變數名作為hash輸入。

參考文檔：
https://www.cnblogs.com/FengGeBlog/p/10615345.html
http://www.ttlsa.com/nginx/nginx-upstream-consistent-hash-mole/

5. 一致性hash演算法是什麼

一致性哈希演算法是在1997年由麻省理工學院提出的一種分布式哈希（DHT）演算法。其設計目標是為了解決網際網路中的熱點（Hot spot)問題，初衷和CARP十分類似。

一致性Hash是一種特殊的Hash演算法，由於其均衡性、持久性的映射特點，被廣泛的應用於負載均衡領域，如nginx和memcached都採用了一致性Hash來作為集群負載均衡的方案。

一致性哈希演算法的目標是，當K個請求key發起請求時。後台增減節點，只會引起K/N的key發生重新映射。即一致性哈希演算法，在後台節點穩定時，同一key的每次請求映射到的節點是一樣的。而當後台節點增減時，該演算法盡量將K個key映射到與之前相同的節點上。

優點

可擴展性。一致性哈希演算法保證了增加或減少伺服器時，數據存儲的改變最少，相比傳統哈希演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。採用一致性哈希演算法分布數據，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。

虛擬節點分裂後，如果物理伺服器的負載仍然不均衡，只需在伺服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伺服器的數量，且代價遠比傳統哈希演算法重新分布所有數據要小很多。

以上內容參考：網路-一致性哈希

6. 一致性哈希演算法怎麼保證數據的一致性

環割法（一致性 hash）環割法的原理如下：

1. 初始化的時候生成分片數量 X × 環割數量 N 的固定方式編號的字元串，例如 SHARD-1-NODE-1，並計算所有 X×N 個字元串的所有 hash 值。

2. 將所有計算出來的 hash 值放到一個排序的 Map 中，並將其中的所有元素進行排序。

3. 輸入字元串的時候計算輸入字元串的 hash 值，查看 hash 值介於哪兩個元素之間，取小於 hash 值的那個元素對應的分片為數據的分片。

數據比較

下面將通過測試對環割法和跳躍法的性能及均衡性進行對比，說明 DBLE 為何使用跳躍法代替了環割法。

• 數據源：現場數據 350595 條

• 測試經過：

  1. 通過各自的測試方法執行對於測試數據的分片任務。

  2. 測試方法：記錄分片結果的方差；記錄從開始分片至分片結束的時間；記錄分片結果與平均數的最大差值。

  3. 由於在求模法 PartitionByString 的方法中要求分片的數量是 1024 的因數，所以測試過程只能使用 2 的指數形式進行測試，並在 PartitionByString 方法進行測試的時候不對於 MAC 地址進行截斷，取全量長度進行測試。

7. 分布式系統常用的一致性演算法有哪些

在做伺服器負載均衡時候可供選擇的負載均衡的演算法有很多，包括： 輪循演算法（Round Robin）、哈希演算法（HASH）、最少連接演算法（Least Connection）、響應速度演算法（Response Time）、加權法（Weighted ）等。其中哈希演算法是最為常用的演算法. 典型的應用場景是： 有N台伺服器提供緩存服務，需要對伺服器進行負載均衡，將請求平均分發到每台伺服器上，每台機器負責1/N的服務。 常用的演算法是對hash結果取余數 (hash() mod N)：對機器編號從0到N-1，按照自定義的hash()演算法，對每個請求的hash()值按N取模，得到余數i，然後將請求分發到編號為i的機器。但這樣的演算法方法存在致命問題，如果某一台機器宕機，那麼應該落在該機器的請求就無法得到正確的處理，這時需要將當掉的伺服器從演算法從去除，此時候會有(N-1)/N的伺服器的緩存數據需要重新進行計算；如果新增一台機器，會有N /(N+1)的伺服器的緩存數據需要進行重新計算。對於系統而言，這通常是不可接受的顛簸（因為這意味著大量緩存的失效或者數據需要轉移）。那麼，如何設計一個負載均衡策略，使得受到影響的請求盡可能的少呢？ 在Memcached、Key-Value Store、Bittorrent DHT、LVS中都採用了Consistent Hashing演算法，可以說Consistent Hashing 是分布式系統負載均衡的首選演算法。 1、Consistent Hashing演算法描述 下面以Memcached中的Consisten Hashing演算法為例說明。 由於hash演算法結果一般為unsigned int型，因此對於hash函數的結果應該均勻分布在[0,232-1]間，如果我們把一個圓環用232 個點來進行均勻切割，首先按照hash(key)函數算出伺服器（節點）的哈希值， 並將其分布到0～232的圓上。 用同樣的hash(key)函數求出需要存儲數據的鍵的哈希值，並映射到圓上。然後從數據映射到的位置開始順時針查找，將數據保存到找到的第一個伺服器（節點）上。 Consistent Hashing原理示意圖 新增一個節點的時候，只有在圓環上新增節點逆時針方向的第一個節點的數據會受到影響。刪除一個節點的時候，只有在圓環上原來刪除節點順時針方向的第一個節點的數據會受到影響，因此通過Consistent Hashing很好地解決了負載均衡中由於新增節點、刪除節點引起的hash值顛簸問題。 Consistent Hashing添加伺服器示意圖 虛擬節點（virtual nodes）：之所以要引進虛擬節點是因為在伺服器（節點）數較少的情況下（例如只有3台伺服器），通過hash(key)算出節點的哈希值在圓環上並不是均勻分布的（稀疏的），仍然會出現各節點負載不均衡的問題。虛擬節點可以認為是實際節點的復製品（replicas），本質上與實際節點實際上是一樣的（key並不相同）。引入虛擬節點後，通過將每個實際的伺服器（節點）數按照一定的比例(例如200倍)擴大後並計算其hash(key)值以均勻分布到圓環上。在進行負載均衡時候，落到虛擬節點的哈希值實際就落到了實際的節點上。由於所有的實際節點是按照相同的比例復製成虛擬節點的，因此解決了節點數較少的情況下哈希值在圓環上均勻分布的問題。 虛擬節點對Consistent Hashing結果的影響 從上圖可以看出，在節點數為10個的情況下，每個實際節點的虛擬節點數為實際節點的100-200倍的時候，結果還是很均衡的。 第3段中有這些文字：「但這樣的演算法方法存在致命問題，如果某一台機器宕機，那麼應該落在該機器的請求就無法得到正確的處理，這時需要將當掉的伺服器從演算法從去除，此時候會有(N-1)/N的伺服器的緩存數據需要重新進行計算；」 為何是 (N-1)/N 呢？解釋如下： 比如有 3 台機器，hash值 1-6 在這3台上的分布就是： host 1: 1 4 host 2: 2 5 host 3: 3 6 如果掛掉一台，只剩兩台，模數取 2 ，那麼分布情況就變成： host 1: 1 3 5 host 2: 2 4 6 可以看到，還在數據位置不變的只有2個： 1，2，位置發生改變的有4個，占共6個數據的比率是 4/6 = 2/3這樣的話，受影響的數據太多了，勢必太多的數據需要重新從 DB 載入到 cache 中，嚴重影響性能 【consistent hashing 的辦法】 上面提到的 hash 取模，模數取的比較小，一般是負載的數量，而 consistent hashing 的本質是將模數取的比較大，為 2的32次方減1，即一個最大的 32 位整數。然後，就可以從容的安排數據導向了，那個圖還是挺直觀的。 以下部分為一致性哈希演算法的一種PHP實現。點擊下載