在go-zero的分布式缓存系统分享里,Kevin重点讲到过一致性hash的原理和分布式缓存中的实践。本文来详细讲讲一致性hash的原理和在go-zero中的实现。
以存储为例,在整个微服务系统中,我们的存储不可能说只是一个单节点。
一是为了提高稳定,单节点宕机情况下,整个存储就面临服务不可用;
二是数据容错,同样单节点数据物理损毁,而多节点情况下,节点有备份,除非互为备份的节点同时损毁。
那么问题来了,多节点情况下,数据应该写入哪个节点呢?
hash所以本质来讲:我们需要一个可以将输入值“压缩”并转成更小的值,这个值通常状况下是唯一、格式极其紧凑的,比如uint64:
幂等:每次用同一个值去计算hash必须保证都能得到同一个值
这个就是hash算法完成的。
但是采取普通的hash算法进行路由,如:key%N。有一个节点由于异常退出了集群或者是心跳异常,这时再进行hashroute,会造成大量的数据重新分发到不同的节点。节点在接受新的请求时候,需要重新处理获取数据的逻辑:如果是在缓存中,容易引起缓存雪崩。
此时就需要引入consistenthash算法了。
consistenthash我们来看看consistenthash是怎么解决这些问题的:
rehash先解决大量rehash的问题:
如上图,当加入一个新的节点时,影响的key只有key31,新加入(剔除)节点后,只会影响该节点附近的数据。其他节点的数据不会受到影响,从而解决了节点变化的问题。
这个正是:单调性。这也是normalhash算法无法满足分布式场景的原因。
数据倾斜其实上图可以看出:目前多数的key都集中在node1上。如果当node数量比较少的情况下,可以回引发多数key集中在某个node上,监控时发现的问题就是:节点之间负载不均。
为了解决这个问题,consistenthash引入了virtualnode的概念。
既然是负载不均,我们就人为地构造一个均衡的场景出来,但是实际node只有这么多。所以就使用virtualnode划分区域,而实际服务的节点依然是之前的node。
具体实现先来看看Get():
Get先说说实现的原理:
计算key的hash
找到第一个匹配的virtualnode的index,并取到对应的h.keys[index]:virtualnodehash值
对应到这个ring中去寻找一个与之匹配的actualnode
其实我们可以看到ring中获取到的是一个[]node。这是因为在计算virtualnodehash,可能会发生hash冲突,不同的virtualnodehash对应到一个实际node。
这也说明:node与virtualnode是一对多的关系。而里面的ring就是下面这个设计:
这个其实也就表明了一致性hash的分配策略:
virtualnode作为值域划分。key去获取node,从划分依据上是以virtualnode作为边界
virtualnode通过hash,在对应关系上保证了不同的node分配的key是大致均匀的。也就是打散绑定
加入一个新的node,会对应分配多个virtualnode。新节点可以负载多个原有节点的压力,从全局看,较容易实现扩容时的负载均衡。
AddNode看完Get其实大致就知道整个一致性hash的设计:
好了这样,基本的一个一致性hash就实现完备了。
具体代码: