一致性哈希算法是分布式系统中常用的算法。比如，一个分布式的存储系统，要将数据存储到具体的节点上，
如果采用普通的hash方法，将数据映射到具体的节点上，如key%N，key是数据的key，N是机器节点数，
如果有一个机器加入或退出这个集群，则所有的数据映射都无效了。
一致性哈希算法解决了普通余数Hash算法伸缩性差的问题，可以保证在上线、下线服务器的情况下尽量有多的请求命中原来路由到的服务器。
一致性hash算法实现
1、不带虚拟节点的
package hash;
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"};
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]) + "]");
}
}
执行结果：
[192.168.0.0:111]加入集合中, 其Hash值为575774686
[192.168.0.1:111]加入集合中, 其Hash值为8518713
[192.168.0.2:111]加入集合中, 其Hash值为1361847097
[192.168.0.3:111]加入集合中, 其Hash值为1171828661
[192.168.0.4:111]加入集合中, 其Hash值为1764547046
[太阳]的hash值为1977106057, 被路由到结点[192.168.0.1:111]
[月亮]的hash值为1132637661, 被路由到结点[192.168.0.3:111]
[星星]的hash值为880019273, 被路由到结点[192.168.0.3:111]
2、带虚拟节点的
package hash;
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"};
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]) + "]");
}
}
执行结果：
虚拟节点[192.168.0.0:111&&VN0]被添加, hash值为1686427075
虚拟节点[192.168.0.0:111&&VN1]被添加, hash值为354859081
虚拟节点[192.168.0.0:111&&VN2]被添加, hash值为1306497370
虚拟节点[192.168.0.0:111&&VN3]被添加, hash值为817889914
虚拟节点[192.168.0.0:111&&VN4]被添加, hash值为396663629
虚拟节点[192.168.0.1:111&&VN0]被添加, hash值为1032739288
虚拟节点[192.168.0.1:111&&VN1]被添加, hash值为707592309
虚拟节点[192.168.0.1:111&&VN2]被添加, hash值为302114528
虚拟节点[192.168.0.1:111&&VN3]被添加, hash值为36526861
虚拟节点[192.168.0.1:111&&VN4]被添加, hash值为848442551
虚拟节点[192.168.0.2:111&&VN0]被添加, hash值为1452694222
虚拟节点[192.168.0.2:111&&VN1]被添加, hash值为2023612840
虚拟节点[192.168.0.2:111&&VN2]被添加, hash值为697907480
虚拟节点[192.168.0.2:111&&VN3]被添加, hash值为790847074
虚拟节点[192.168.0.2:111&&VN4]被添加, hash值为2010506136
虚拟节点[192.168.0.3:111&&VN0]被添加, hash值为891084251
虚拟节点[192.168.0.3:111&&VN1]被添加, hash值为1725031739
虚拟节点[192.168.0.3:111&&VN2]被添加, hash值为1127720370
虚拟节点[192.168.0.3:111&&VN3]被添加, hash值为676720500
虚拟节点[192.168.0.3:111&&VN4]被添加, hash值为2050578780
虚拟节点[192.168.0.4:111&&VN0]被添加, hash值为586921010
虚拟节点[192.168.0.4:111&&VN1]被添加, hash值为184078390
虚拟节点[192.168.0.4:111&&VN2]被添加, hash值为1331645117
虚拟节点[192.168.0.4:111&&VN3]被添加, hash值为918790803
虚拟节点[192.168.0.4:111&&VN4]被添加, hash值为1232193678
[太阳]的hash值为1977106057, 被路由到结点[192.168.0.2:111]
[月亮]的hash值为1132637661, 被路由到结点[192.168.0.4:111]
[星星]的hash值为880019273, 被路由到结点[192.168.0.3:111]