一致性哈希算法应用及优化(最简洁明了的教程)

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哈希常见算法及原理

数据结构与算法-基础算法篇-哈希算法1. 哈希算法如何防止数据库中的用户信息被脱库？你会如何存储用户密码这么重要的数据吗？仅仅 MD5 加密一下存储就够了吗？在实际开发中，我们应该如何用哈希算法解决问题？1. 什么是哈希算法？将任意长度的二进制值串映射成固定长度的二进制值串，这个映射的规则就是哈希算法，而通过原始数据映射之后得到的二进制值串就是哈希值。

2. 如何设计一个优秀的哈希算法？单向哈希：从哈希值不能反向推导出哈希值（所以哈希算法也叫单向哈希算法）。

篡改无效：对输入敏感，哪怕原始数据只修改一个Bit，最后得到的哈希值也大不相同。

散列冲突：散列冲突的概率要很小，对于不同的原始数据，哈希值相同的概率非常小。

执行效率：哈希算法的执行效率要尽量高效，针对较长的文本，也能快速计算哈希值。

2. 哈希算法的常见应用有哪些？7个常见应用：安全加密、唯一标识、数据校验、散列函数、负载均衡、数据分片、分布式存储。

1. 安全加密常用于加密的哈希算法：MD5：MD5 Message-Digest Algorithm，MD5消息摘要算法SHA：Secure Hash Algorithm，安全散列算法DES：Data Encryption Standard，数据加密标准AES：Advanced Encryption Standard，高级加密标准对用于加密的哈希算法，有两点格外重要，第一点是很难根据哈希值反向推导出原始数据，第二点是散列冲突的概率要小。

在实际开发中要权衡破解难度和计算时间来决定究竟使用哪种加密算法。

2. 唯一标识通过哈希算法计算出数据的唯一标识，从而用于高效检索数据。

3. 数据校验利用哈希算法对输入数据敏感的特点，可以对数据取哈希值，从而高效校验数据是否被篡改过。

4. 散列函数1.如何防止数据库中的用户信息被脱库？你会如何存储用户密码这么重要的数据吗？使用MD5进行加密字典攻击：如果用户信息被“脱库”，黑客虽然拿到的是加密之后的密文，但可以通过“猜”的方式来破解密码，这是因为，有些用户的密码太简单。

哈希算法的原理和应用

哈希算法的原理和应用1. 哈希算法概述哈希算法（Hash Algorithm）是一种将输入数据转换为固定长度的哈希值的算法。

它具有以下特点： - 固定长度输出：哈希算法将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出，通常表示为一串字符串。

- 唯一性：不同的输入数据产生不同的哈希值，即使输入数据只有一个比特的差异，也会导致完全不同的哈希值。

- 快速计算：哈希算法能够快速计算出哈希值，即使输入数据非常大。

- 不可逆性：哈希算法是单向的，无法从哈希值推导出原始输入数据。

2. 哈希算法的原理哈希算法的原理可以简单描述为将输入数据通过哈希函数进行计算，并产生固定长度的哈希值。

关于哈希算法的原理，有以下几个重要的概念需要了解：2.1 哈希函数哈希函数是哈希算法的核心部分，它将输入数据映射到哈希值的过程。

一个好的哈希函数应满足以下几个条件： - 一致性：相同的输入数据应该产生相同的哈希值。

- 高效性：哈希函数应能够快速计算出哈希值。

- 单向性：从哈希值无法推导出原始输入数据。

- 分布均匀性：哈希函数应能够将输入数据均匀地映射到哈希值的范围内。

2.2 冲突冲突是指不同的输入数据经过哈希函数计算后产生相同的哈希值。

由于哈希函数的输出空间固定，而输入数据的长度可能非常大，因此冲突是无法避免的。

但是，一个好的哈希函数应在冲突发生的概率上尽可能地小。

2.3 哈希表哈希表是一个基于哈希算法实现的数据结构，它由一个数组和一个哈希函数组成。

通过哈希函数，输入数据的哈希值可以作为数组下标，将数据存储在对应位置。

当需要查找数据时，只需要通过哈希函数计算哈希值，并在数组中查找对应的位置即可。

3. 哈希算法的应用哈希算法在计算机科学领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：3.1 数据完整性验证哈希算法可以用于验证数据的完整性，即通过比较原始数据和其哈希值，确定数据是否被篡改。

常见的应用场景包括文件校验、电子签名等。

3.2 数据加密哈希算法常用于数据的加密和安全存储。

一致性hash算法

一致性hash算法一致性hash算法是一种解决负载均衡问题的算法，它使用hash函数将数据映射到一个环形的节点，从而实现负载均衡。

下面我们一起来看看一致性hash算法的原理、实现及优缺点。

一、一致性hash算法的原理一致性hash算法是一种分布式算法，它使用hash函数将数据映射到一个环形的节点，从而实现负载均衡。

为了更好的解释这个算法的原理，我们可以将它比喻成节日活动，一个节日活动可以拆分成一个环形，这个环形由许多活动节点构成，每个活动节点可以看作是一个hash函数，参与者(数据)也是一个hash函数，参与者可以根据自身的hash值，在环形上找到相应的活动节点。

二、一致性hash算法的实现一致性hash算法的实现比较简单，可以通过以下几个步骤实现：1.首先，需要确定一致性hash算法的节点数量，一致性hash算法需要使用节点数量来构建一个环形；2.然后，需要确定每个节点在环形上的位置，可以使用hash函数来确定；3.接着，需要将数据映射到环形上，可以使用hash函数来实现；4.最后，根据数据的hash值，找到相应的节点，从而实现负载均衡。

三、一致性hash算法的优缺点一致性hash算法的优点有很多，其中最主要的优点有以下几点：1.可以实现负载均衡，可以有效的减少服务器的负载；2.能够实现数据的分布式存储，可以提高系统的可用性；3.算法的实现比较简单，易于理解和实施；4.可以轻松的添加或删除节点，而不会影响系统的整体性能；虽然一致性hash算法有很多优点，但它也有一些缺点，其中最主要的缺点有以下几点：1.一致性hash算法只适用于有限的节点数，当节点数增加时，算法的效率会急剧下降；2.当节点数量发生变化时，会导致数据的重新分布，这可能会导致系统的性能下降；3.当数据量增加时，数据分布的时间会随之增加，从而降低系统的效率。

总之，一致性hash算法是一种有效的负载均衡算法，它可以有效的减少服务器的负载，提高系统的可用性，但也有一些缺点，需要在实际使用中注意。

哈希算法应用场景

哈希算法应用场景哈希算法是一种将任意长度的消息压缩成固定长度的消息摘要的算法。

它具有不可逆性、唯一性和高效性等特点，因此在信息安全、数据存储和网络通信等领域得到了广泛应用。

一、信息安全哈希算法在信息安全领域中被广泛应用，主要用于数据完整性校验、数字签名和密码学等方面。

1. 数据完整性校验哈希算法可以用于校验数据的完整性，例如在文件传输过程中，发送方可以对文件进行哈希计算并将哈希值发送给接收方，接收方再对接收到的文件进行哈希计算并与发送方发送的哈希值进行比对，如果一致则说明文件未被篡改。

2. 数字签名哈希算法可以用于数字签名，即将消息的哈希值与发送者的私钥进行加密，生成数字签名，接收方可以使用发送者的公钥对数字签名进行解密并验证哈希值的一致性，从而确保消息的真实性和完整性。

3. 密码学哈希算法在密码学中也有广泛应用，例如在密码存储中，可以将用户的密码进行哈希计算并存储哈希值，从而避免密码泄露导致的安全问题。

二、数据存储哈希算法在数据存储领域中也有广泛应用，主要用于数据索引和数据去重等方面。

1. 数据索引哈希算法可以用于数据索引，例如在数据库中，可以将数据的关键字进行哈希计算并存储哈希值，从而加快数据的查找速度。

2. 数据去重哈希算法可以用于数据去重，例如在云存储中，可以对上传的文件进行哈希计算并存储哈希值，从而避免重复存储相同的文件，节省存储空间。

三、网络通信哈希算法在网络通信领域中也有广泛应用，主要用于负载均衡和数据分片等方面。

1. 负载均衡哈希算法可以用于负载均衡，例如在分布式系统中，可以将请求的哈希值与服务器的哈希值进行比对，从而将请求分配到对应的服务器上，实现负载均衡。

2. 数据分片哈希算法可以用于数据分片，例如在分布式存储系统中，可以将数据的哈希值与服务器的哈希值进行比对，从而将数据分配到对应的服务器上，实现数据的分片存储。

哈希算法在信息安全、数据存储和网络通信等领域中都有广泛应用，可以提高系统的安全性、效率和可靠性。

一致性哈希算法的基本原理及应用

一致性哈希算法的基本原理及应用前言哈希算法在计算领域中被广泛应用，用于散列数据以快速访问和比较。

一致性哈希算法是一种特殊的哈希算法，它在分布式系统中具有重要的应用价值。

本文将介绍一致性哈希算法的基本原理及其在分布式系统中的应用。

一致性哈希算法的基本原理一致性哈希算法是一种用于解决分布式系统数据分片问题的算法。

它通过将每个数据节点映射到一个哈希环上的位置，使得在增加或移除节点时，仅需要重新映射节点周围的一小部分数据，而不需要重新分配整个数据集。

这样可以减少数据迁移的成本，并提高系统的可伸缩性。

一致性哈希算法的基本原理如下：1.根据节点的名称或地址计算哈希值，将节点映射到一个哈希环上的位置。

2.将数据按照相同的方式计算哈希值，并映射到哈希环的位置。

3.当需要访问数据时，通过计算数据的哈希值，在哈希环上找到顺时针方向最近的节点，将数据存储或读取。

一致性哈希算法的应用一致性哈希算法在分布式系统中有多种应用，下面将介绍其中的几个应用场景。

负载均衡一致性哈希算法可以用于分布式系统的负载均衡。

当系统中的请求需要被分发到多个节点处理时，可以使用一致性哈希算法来确定请求的目标节点。

通过将节点和请求映射到相同的哈希环上，可以实现请求的均匀分配，并减少请求的转发开销。

数据存储一致性哈希算法也可以用于分布式系统的数据存储。

当系统中的数据需要被存储到多个节点时，可以使用一致性哈希算法来确定数据的存储节点。

通过将节点和数据映射到相同的哈希环上，可以实现数据的均匀分布，并减少数据的迁移成本。

缓存管理一致性哈希算法还可以用于分布式系统的缓存管理。

当系统中使用缓存来提高访问速度时，可以使用一致性哈希算法来确定数据的存储位置。

通过将缓存节点和数据映射到相同的哈希环上，可以实现缓存的均匀分布，并提高缓存命中率。

一致性哈希算法的优缺点一致性哈希算法具有以下的优点：•增加或移除节点时，仅需要重新映射周围的一小部分数据，而不需要重新分配整个数据集。

分布式存储系统中的数据一致性与容错技术研究

分布式存储系统中的数据一致性与容错技术研究一、引言分布式存储系统是一种将数据分散存储在多个节点中的存储系统。

由于节点之间的通信存在延迟、网络故障等问题，分布式存储系统需要解决数据的一致性和容错性问题。

本文将对分布式存储系统中的数据一致性与容错技术进行研究。

二、数据一致性技术在分布式存储系统中，数据一致性是保证分布式系统中的不同节点之间数据的正确性和一致性的重要问题。

数据一致性技术主要有以下几种：1. 副本复制技术副本复制技术是分布式系统中常用的一种数据一致性保证方法。

该方法通过将数据的副本分布在不同的节点上，当数据发生变化时，系统会自动将变化的数据复制到其他节点上，从而保证数据的一致性。

2. 一致性哈希算法一致性哈希算法是一种将数据分布在不同节点上的方法。

该算法通过对不同节点的哈希值进行排序，将数据根据哈希值分配到对应的节点上。

这种方法可以保证数据的分布均衡，同时保证数据在节点之间的一致性。

3. 锁机制锁机制是一种常见的数据一致性保证方法。

在分布式存储系统中，通过在数据访问过程中对所涉及的数据进行加锁操作，以保证数据在多个节点之间的一致性。

锁机制可以通过分布式锁的方式实现，在分布式系统中一般使用基于时间戳或者版本号的锁机制。

三、容错技术容错技术是分布式存储系统中确保系统的可用性和可靠性的重要手段。

以下是几种常见的容错技术：1. 冗余备份冗余备份是分布式存储系统中常用的一种容错技术。

该技术通过在不同节点上保存数据的冗余副本，当某个节点发生故障时，系统可以通过备份节点上的数据继续提供服务，从而保证系统的可用性和可靠性。

2. 数据重复检测数据重复检测是一种用于保证数据一致性的容错技术。

在分布式存储系统中，当数据传输过程中遇到网络中断或其他错误时，系统会通过检测数据是否重复来避免数据的丢失或错误。

常见的方式是通过数据的唯一标识来进行检测。

3. 错误检测和纠正错误检测和纠正是一种用于保障数据完整性的容错技术。

哈希常见算法及原理

分布式缓存中的一致性哈希算法，这篇文章给讲透了！一致性哈希算法在分布式缓存领域的 MemCached，负载均衡领域的Nginx 以及各类 RPC 框架中都有广泛的应用它主要是为了解决传统哈希函数添加哈希表槽位数后要将关键字重新映射的问题。

本文会介绍一致性哈希算法的原理及其实现，并给出其不同哈希函数实现的性能数据对比，探讨Redis 集群的数据分片实现等，文末会给出实现的具体 github 地址。

一、Memcached 与客户端分布式缓存Memcached 是一个高性能的分布式缓存系统，然而服务端没有分布式功能，各个服务器不会相互通信。

它的分布式实现依赖于客户端的程序库，这也是 Memcached 的一大特点。

比如第三方的 spymemcached 客户端就基于一致性哈希算法实现了其分布式缓存的功能。

其具体步骤如下:向 Memcached 添加数据，首先客户端的算法根据 key 值计算出该key 对应的服务器。

服务器选定后，保存缓存数据。

获取数据时，对于相同的 key ，客户端的算法可以定位到相同的服务器，从而获取数据。

在这个过程中，客户端的算法首先要保证缓存的数据尽量均匀地分布在各个服务器上，其次是当个别服务器下线或者上线时，会出现数据迁移，应该尽量减少需要迁移的数据量。

客户端算法是客户端分布式缓存性能优劣的关键。

普通的哈希表算法一般都是计算出哈希值后，通过取余操作将 key 值映射到不同的服务器上，但是当服务器数量发生变化时，取余操作的除数发生变化，所有 key 所映射的服务器几乎都会改变，这对分布式缓存系统来说是不可以接收的。

一致性哈希算法能尽可能减少了服务器数量变化所导致的缓存迁移。

二、哈希算法首先，一致性哈希算法依赖于普通的哈希算法。

大多数同学对哈希算法的理解可能都停留在 JDK 的 hashCode 函数上。

其实哈希算法有很多种实现，它们在不同方面都各有优劣，针对不同的场景可以使用不同的哈希算法实现。

哈希编码算法

哈希编码算法哈希编码算法（Hash Coding）是一种将数据转换为固定长度哈希值的技术。

它被广泛应用在计算机科学领域，用于唯一标识数据、提高数据搜索效率和数据完整性验证等方面。

本文将介绍哈希编码算法的原理、应用场景以及一些常见的哈希算法。

一、哈希编码算法原理哈希编码算法的核心思想是将任意长度的数据转换为固定长度的哈希值。

这个哈希值通常是一个整数或字符串，具有固定长度。

哈希算法经过一系列的计算，通过对数据的处理，将数据映射到一个指定的范围内。

这个范围可以是一个固定长度的二进制位，比如32位或64位，也可以是一个固定长度的字符串。

哈希编码算法的优点在于它的高效性和唯一性。

通过哈希算法，我们可以快速地对数据进行索引和搜索，从而提高数据的处理速度。

同时，不同的数据经过哈希算法得到的哈希值是不同的，这一点保证了数据的唯一性。

二、哈希编码算法的应用场景1. 数据唯一标识在数据库中，为了保证数据的唯一性，常常要为每个数据记录生成一个唯一的标识。

这个标识通常就是通过哈希编码算法生成的。

这样，通过唯一标识，我们可以方便地对数据进行索引和快速定位。

2. 数据加密哈希编码算法在数据加密方面也发挥着重要作用。

比如，在密码存储时，我们通常不会直接将用户的密码明文存储在数据库中，而是通过哈希算法将密码转换为哈希值进行存储。

这样，就可以避免用户密码泄露造成的安全问题。

3. 数据校验在文件传输过程中，为了验证文件的完整性和一致性，常常需要对文件进行校验。

哈希编码算法可以对文件进行哈希运算，得到一个哈希值。

接收方可以通过比对哈希值来判断文件是否被篡改。

三、常见的哈希编码算法1. MD5MD5是最常见的哈希算法之一。

它接受任意长度的输入，返回固定长度的哈希值。

MD5生成的哈希值是一个128位的字符串，通常表示为32位的16进制数。

2. SHA-1SHA-1是安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）的第一代版本。

hutool 权重算法

hutool 权重算法Hutool 是一个Java工具类库，提供了很多常用的工具方法和功能，其中就包括了权重算法。

权重算法在很多应用场景中都非常有用，比如负载均衡、推荐系统、广告投放等领域都会用到权重算法来进行决策和优化。

下面我将详细介绍Hutool中的权重算法相关内容。

Hutool中的权重算法主要包括三种：加权轮询算法（WeightedRoundRobin）、一致性哈希算法（ConsistentHash）、权重随机算法（WeightedRandom）。

这三种算法分别适用于不同的场景，可以根据具体的需求来选择合适的算法。

加权轮询算法（WeightedRoundRobin）是一种简单且高效的负载均衡算法，根据节点的权重来决定每个节点被选择的概率。

在Hutool中，可以通过WeightedRoundRobin类来实现加权轮询算法，只需要将节点列表和权重信息传入算法中，即可实现按权重轮询选择节点的功能。

一致性哈希算法（ConsistentHash）是一种分布式系统中常用的算法，可以实现数据的分布均衡和动态扩缩容。

在Hutool中，ConsistentHash类提供了一致性哈希算法的实现，可以根据节点的哈希值来选择数据的分布节点，保证数据的均衡性和高效性。

权重随机算法（WeightedRandom）是一种根据节点的权重来选择节点的随机算法，适用于一些需要按权重随机选择节点的场景。

在Hutool中，WeightedRandom类提供了权重随机算法的实现，可以根据节点的权重来确定节点的选择概率，实现按权重随机选择节点的功能。

总的来说，Hutool中的权重算法提供了多种选择，可以根据具体的需求来选择合适的算法来实现负载均衡、数据分布、节点选择等功能。

通过使用Hutool中的权重算法，可以提高系统的性能和可扩展性，实现更加高效和稳定的分布式系统。

如果在项目中需要使用权重算法，不妨尝试一下Hutool提供的算法，相信会给您带来不错的体验和效果。

哈希函数的设计原则和优化策略

哈希函数的设计原则和优化策略哈希函数是计算机科学中常用的一种算法，用于将任意长度的输入数据映射为固定长度的哈希值。

在很多应用中，哈希函数起到了至关重要的作用，例如数据加密、数据验证和数据索引等。

本文将探讨哈希函数的设计原则和优化策略。

一、哈希函数的设计原则1. 低冲突率：哈希函数应该尽量减少冲突的发生，即不同的输入应该产生不同的哈希值，这样可以最大程度地减少数据的碰撞，提高数据的查询速度。

2. 高效计算：哈希函数的计算应该尽可能地高效，即输入数据较小的改动也不应该造成计算复杂度的显著增加，提高处理速度和效率。

3. 均匀分布：哈希函数应该尽可能地将不同的输入数据均匀地映射到哈希值空间中，避免出现过多的热点数据。

4. 确定性：相同的输入应该始终产生相同的哈希值，这样可以实现数据的可持久化和一致性校验。

二、优化策略1. 良好的散列函数选择：选择一个合适的散列函数可以有效地提高哈希函数的性能。

通常，散列函数应该具备高效计算、低碰撞率和均匀分布等特点。

2. 哈希冲突解决策略：即使选择了好的散列函数，冲突仍然会发生。

为了避免冲突对哈希函数性能的影响，可以采用开散列（开放寻址法）和闭散列（链式寻址法）等策略。

- 开散列：当发生哈希冲突时，将冲突的键值对放到散列表中的其他位置。

开散列的方法有线性探测法、平方探测法和双重散列法等。

- 闭散列：当发生哈希冲突时，将冲突的键值对存储在同一个位置，使用链表或者其他数据结构来解决冲突问题。

3. 动态调整哈希表大小：为了提高哈希表的性能，可以根据数据量的变化来动态调整哈希表的大小。

当负载因子超过某个阈值时，可以进行扩容操作，减少哈希冲突的概率，提高查询效率。

4. 优化哈希函数参数：某些哈希函数需要选择一些参数来调节性能。

通过调整这些参数，可以改善哈希函数的散列效果，减少冲突率。

总结：哈希函数的设计原则和优化策略对于提高数据的查询效率和数据的一致性至关重要。

通过选择合适的散列函数、冲突解决策略以及动态调整哈希表大小等方法，可以有效地提高哈希函数的性能和应用的效果。

哈希算法的基本原理和优化方法

哈希算法的基本原理和优化方法哈希算法是一种将数据映射到固定长度的唯一哈希值的算法。

它的基本原理可以用一句话来概括：对于给定的输入，哈希算法会生成一个固定长度的哈希值，该哈希值是唯一且不可逆的，即无法从哈希值推导出原始输入。

在实际应用中，哈希算法有很多优化方法，下面就给出一些常见的优化方法。

第一个优化方法是分离哈希函数和哈希表。

哈希表是哈希算法的核心数据结构，用于存储哈希值与实际数据的映射关系。

在大规模数据存储的情况下，哈希表可能需要占用较大的内存空间。

为了避免频繁的内存申请和释放，可以将哈希函数和哈希表分离开来，将哈希函数计算的结果作为索引，定位到哈希表对应的位置，然后在该位置上进行数据的存取。

第二个优化方法是选择合适的哈希函数。

哈希函数的选择直接影响到哈希算法的性能。

一个好的哈希函数应该能够使得不同输入的哈希值分布均匀，避免冲突。

常见的哈希函数包括MD5、SHA-1等。

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的哈希函数。

第三个优化方法是处理哈希冲突。

由于哈希函数的输出空间一般要远远小于输入空间，所以不同的输入可能会产生相同的哈希值，这就是哈希冲突。

处理哈希冲突的方法有很多，常见的有链地址法和开放地址法。

链地址法将哈希冲突的元素组织成链表，每个链表对应一个哈希值；开放地址法则是遇到冲突时，顺序地查找下一个可用位置。

选择合适的处理冲突的方法可以提高哈希算法的效率。

第四个优化方法是使用布隆过滤器。

布隆过滤器是一种空间效率非常高的概率型数据结构，用于快速检索一个元素是否存在于大规模数据集中。

它利用多个哈希函数和一个位数组来判断一个元素是否存在，可以有效地降低哈希冲突的概率。

第五个优化方法是使用哈希碰撞检测技术。

哈希碰撞检测技术可以检测到哈希函数的冲突概率是否过高，从而及时采取措施来避免哈希表的溢出。

一种常见的哈希碰撞检测技术是使用二次哈希函数，即在哈希函数之后再进行一次哈希操作，使得冲突的概率进一步降低。

一致性哈希算法在分布式系统中的应用

ｔｅｉｐｒａｔｔｃｎｌｇ．Ｔｈｓｐｐｒｅｐｕｄｈｒｃｐｅｏｏｓｓｅｔｈｓｉｇａｇｒｔｍ，ｉｔｏｕｅｈｈｍｏｔｎｅｈｏｏｙｉａｅｘｏｎｓｔｅｐｉｉｌｆｃｎｉｔｎａｈｎｌｏｉｎｈｎｒｄｃｓｔｅ
ａｌｐｐｙｍｅｔｏｏｉｔｎｈｓｉｌｏｉｈｍｉｈｅｄｓｒｂｅｙｓｅｉｅａｌａｄｓｎｆｃｎｓｓｅｔａｈｎｇａｇｒｔｎｔｉｔｉｕｔｄｓｔｍｎｄｔｉｎｕｍｓｐｔｄａａｏｕｈｅａｖｎｔｇｅｆｃｎｓｓｅｔｈａｈｎｌｒｔｍ．ｏｉｔｎｓｉｇａｇｏｉｈ
第２５卷
第７期
电脑开发与应用
文章编号：０３５５（Ｏ２Ｏ — ０１０１０ —８Ｏ２ｌ）７００－２
一
致性哈希算法在分布式系统中的应用｝
姚墨涵，红薇谢
（原理工大学计算机科学与技术学院，原太太００２）３０４
ＡｂｔａｔＷｉｈｔａｉｖｌｐｎｔｏｎｅｎｔｅｈｎｏｏｓｒｃ：ｔｈｅｒｐｄｄｅｅｏｍｅｆＩｔｒｅｔｃｌｇｙ，ｄｉｔｉｔｄｓｓｅｇｒｄｌｙｂｅｏｎｅｏｓｒｂｅｙｔｍａｕａｌｃｍｅｏｆ
关键词：布式系统，致性哈希算法，键目标分一关

【数据结构与算法】一致性Hash算法及Java实践

【数据结构与算法】⼀致性Hash算法及Java实践追求极致才能突破极限⼀、案例背景1.1 系统简介⾸先看⼀下系统架构，⽅便解释：页⾯给⽤户展⽰的功能就是，可以查看任何⼀台机器的某些属性（以下简称系统信息）。

消息流程是，页⾯发起请求查看指定机器的系统信息到后台，后台可以查询到有哪些server在提供服务，根据负载均衡算法（简单的轮询）指定由哪个server进⾏查询，并将消息发送到Kafka，然后所有的server消费Kafka的信息，当发现消费的信息要求⾃⼰进⾏查询时，就连接指定的machine进⾏查询，并将结果返回回去。

Server是集群架构，可能动态增加或减少。

⾄于架构为什么这么设计，不是重点，只能说这是符合当时环境的最优架构。

1.2 遇到问题遇到的问题就是慢，特别慢，经过初步核实，最耗时的事是server连接machine的时候，基本都要5s左右，这是不能接受的。

1.3 初步优化因为耗时最⼤的是server连接machine的时候，所以决定在server端缓存machine的连接，经过测试如果通过使⽤的连接缓存进⾏查询，那么耗时将控制在1秒以内，满⾜了⽤户的要求，不过还有⼀个问题因此产⽣，那就是根据现有负载均衡算法，假如server1已经缓存了到machine1的连接，但是再次查询时，请求就会发送到下⼀个server，如server2，这就导致了两个问题，⼀是，重新建⽴了连接耗时较长，⼆是，两个server同时缓存着到machine1的连接，造成了连接浪费。

1.4 继续优化⼀开始想到最简单的就是将查询的machine进⾏hash计算，并除sever的数量取余，这样保证了查询同⼀个machine时会要求同⼀个server进⾏操作，满⾜了初步的需求。

但是因为server端是集群，机器有可能动态的增加或减少，假如根据hash计算，指定的 machine会被指定的server连接，如下图：然后⼜增加了⼀个server，那么根据当前的hash算法，server和machine的连接就会变成如下：可以发现，四个machine和server的连接关系发⽣变化了，这将导致4次连接的初始化，以及四个连接的浪费，虽然server集群变动的⼏率很⼩，但是每变动⼀次将有⼀半的连接作废掉，这还是不能接受的，当时想的最理想的结果是：当新增机器的时候，原有的连接分⼀部分给新机器，但是除去分出的连接以外保持不变当减少机器的时候，将减少机器的连接分给剩下的机器，但剩下机器的原有连接不变简单来说，就是变动不可避免，但是让变动最⼩化。

哈希常见算法及原理 ( 2 0 2 0 )

哈希算法相关解析1、散列法（哈希算法）--原理：一种高效的存储方式，是利用空间换取时间的快速查找算法通过哈希函数将关键码映射到不同的位置，已达到快速查找的功能假如关键码有40个，哈希表的位置有50个，通过哈希函数将这40个数以一定的规律映射到表中，在你查找的时候直接调用函数就可以找到，但是，因为这个哈希函数是自己定义的，就可能会存在将两个关键码映射到同一块地址上，就会出现哈希冲突，要是关键码的个数大于哈希表的值，不仅会存在冲突问题吗，还会存在溢出问题，则必须对位置取余操作。

--冲突原因：1、处理冲突的方法是否恰当2、哈希函数分配不够均匀3、a负载因子太小（关键码-哈希表长度）a越大，则哈希表的剩余空间越小，冲突概率越高--解决冲突的方法：一、开放定址法1、线性探测：（步数为一步）j = (j+1)%num当插入关键码时，如果发生冲突，可依次向后探测（每次走一步），直到找到一个空的位置然后插入当进行查找操作时，如果定位的地址没有值，则不存在，如果定位的位置有值，则依次往后探测，直到遇到要查找的关键码，如果遇到了空地址还没有找到，则不存在--缺点：--1、堆聚现象：如果插入时，探测的次数比较多，那就带来一定的效率问题，而且假如每次插入都需要探测，则冲突的可能性大大增强，产生堆聚现象（存在关键码全部连成--2、删除出错：删除时，本来我们只需要找到这个位置，然后清零操作，但是，由于可能会存在冲突，影响后续的操作（这个位置后面还有与它相同的属性探测，当置0时，后面就找不到了），所以我们只能将此位置设置为已删除的标记--3：浪费空间当为了减少冲突时，就会要求负载因子较小，则肯定会浪费空间2、线性补偿探测（步数为n步）j =(j+n)%num（也可以理解为二次探测）当冲突时，再利用一个哈希函数探测一个位置当插入关键码时，如果发生冲突，可依次向后探测（每次走n步）或者再利用一个函数，直到找到一个空的位置然后插入当进行查找操作时，如果定位的地址没有值，则不存在，如果定位的位置有值，则依次往后探测，直到遇到要查找的关键码，如果遇到了空地址还没有找到，则不存在--缺点：有效的解决了堆聚问题，但删除操作并不会有所改善--高效的映射：1、有一个合适的哈希函数，比如说质数 value% (一个质数)--当数据量小。

一致性哈希算法在多处理机进程分配的应用

ＣｏｎｓｉｓｔｅｎｔＨａｓｈｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＭｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｃｅｓｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ＧＵＯＮｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ
ｅｎｔｈａｓｈｉｎｇ — ｂａｓｅｄｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ（ＣＨ — ＤＰ）ｌａｇｏｉｒｔｈｍ．Ｆｉｒｓｌｔｙ，ｂｏｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｒｅｍａｐｐｅｄｔｏｔｈｅｃｌｏｓｅ
提出了ＣＨ．ＤＰ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓＢａｓｅｄｏｎＣｏｎｓｉｓｔ．
ｅｎｔＨａｓｈｉｎｇ）策略。该策略将各处理机和进程使用相同的哈希函数分别映射到同一个闭合地址空间上，将每个进程依次顺时针遍历地址空间寻找离其最近的处理机，如果该处理机空闲则为其分配进程；如果处
郭宁，张新
（中国航空无线电电子研究所，上海２００２３３）
摘要：多处理机系统中进程分配策略是影响多处理机性能的重要因素。本文设计一种基于一致性哈希算法的多处理机系统进程分配ＣＨ— ＤＰ（ＣｏｎｓｉｓｔｅｎｔＨａｓｈｉｎｇ — ｂａｓｅｄＤｉｓｔｉｒｂｕｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ）策略，首先将处理机和进程都映射到闭合地址空间

一致性哈希算法原理

一致性哈希算法原理
一致性哈希算法是一种在分布式系统中用于缓存、负载均衡等场景下的方式。

其原理是将整个哈希空间环分成多个虚拟节点，每个节点负责一定范围的哈希值。

当需要查找、缓存某个数据时，该数据的哈希值会被映射到某个虚拟节点，然后根据一定的规则定位到真实节点。

具体而言，一致性哈希算法的原理如下：
1. 建立哈希环：将所有的节点映射到一个哈希环上，例如使用32位的哈希空间，节点在环上的位置由节点的哈希值决定。

2. 建立虚拟节点：为了解决节点分布不均匀的问题，可以为每个节点创建多个虚拟节点。

虚拟节点的数量越多，节点分布越均匀。

3. 映射数据：当有数据需要查找、缓存时，计算数据的哈希值，并映射到离数据哈希值最近的虚拟节点。

4. 定位真实节点：根据虚拟节点所属的真实节点，定位到存储或处理数据的实际节点。

5. 负载均衡：当系统中新增或删除节点时，只需调整其虚拟节点的映射关系，而不需要对所有数据重新映射，从而减少了系统的开销。

通过一致性哈希算法，可以解决分布式系统中节点增减导致数
据迁移的问题，保持节点的负载均衡性，并提高系统的可扩展性和可靠性。

哈希算法原理

哈希算法原理哈希算法是一种将任意长度的输入数据映射为固定长度输出的算法。

它的核心思想是通过对输入数据进行特定的处理，生成一个固定长度的输出，这个输出通常被称为哈希值或摘要。

哈希算法在计算机科学和密码学中有着广泛的应用，例如数据完整性校验、密码存储、数字签名等领域。

哈希算法的原理可以简单描述为：将输入数据通过哈希函数转换为固定长度的哈希值。

这个转换过程需要满足以下几个特性：1. 一致性，相同的输入数据经过哈希函数得到的哈希值应该是相同的，无论何时何地进行计算。

2. 高效性，哈希函数的计算过程应该是高效的，能够在较短的时间内完成。

3. 雪崩效应，输入数据的微小改动应该导致输出哈希值的巨大变化，这种特性被称为雪崩效应。

4. 不可逆性，从哈希值推导出原始输入数据应该是困难的，即使是微小的输入数据改动也应该导致完全不同的哈希值。

常见的哈希算法包括MD5、SHA-1、SHA-256等。

这些算法在密码学、数据完整性校验、数字签名等领域得到了广泛的应用。

然而，随着计算能力的增强，一些早期的哈希算法已经被证明存在安全漏洞，因此在实际应用中需要慎重选择合适的哈希算法。

在实际应用中，哈希算法的安全性是至关重要的。

一个好的哈希算法应该能够抵抗各种攻击，包括碰撞攻击、预像攻击、二次预像攻击等。

碰撞攻击是指找到两个不同的输入数据，使它们经过哈希函数后得到相同的哈希值；预像攻击是指从哈希值反推出原始输入数据；二次预像攻击是指找到与给定输入数据哈希值相同的另一组输入数据。

为了增强哈希算法的安全性，通常会采用加盐（salt）的方式。

加盐是指在输入数据的基础上加入一段随机的额外数据，使得即使是相同的输入数据，经过哈希函数处理后也会得到不同的哈希值。

这样可以有效防止彩虹表攻击，提高密码存储的安全性。

总的来说，哈希算法是一种非常重要的算法，在计算机科学和密码学中有着广泛的应用。

了解哈希算法的原理和特性，对于保障数据安全、密码存储、数字签名等方面都有着重要的意义。

哈希排序算法

哈希排序算法哈希排序算法是一种常用的排序算法，它通过将待排序的元素映射到哈希表中的位置来进行排序。

这种排序算法的核心思想是利用哈希函数将元素映射为一个唯一的位置，然后按照这个位置的顺序输出元素。

哈希排序算法的基本流程如下：1. 创建一个哈希表，表的大小通常设置为待排序元素个数的两倍或三倍，以避免哈希冲突。

2. 将待排序的元素依次插入到哈希表中，插入的过程中，通过哈希函数计算元素的位置，并将元素放置到对应的位置上。

3. 遍历哈希表，按照位置的顺序输出元素。

哈希排序算法的关键在于选择合适的哈希函数。

哈希函数应该具有以下特点：1. 均匀分布：哈希函数应该能够将元素均匀地映射到哈希表中的位置，避免出现大量的哈希冲突。

2. 确定性：对于相同的输入，哈希函数应该始终返回相同的输出，以保证排序的一致性。

3. 高效性：哈希函数的计算过程应该尽量简单，以提高排序的效率。

在实际应用中，常用的哈希函数有以下几种：1. 直接定址法：将元素的值直接作为哈希表的下标，适用于元素的值比较集中的情况。

2. 除留余数法：将元素的值除以哈希表的大小，取余数作为哈希表的下标，适用于元素的值分布较为均匀的情况。

3. 平方取中法：将元素的平方取中的一部分作为哈希表的下标，适用于元素的值分布比较分散的情况。

哈希排序算法的时间复杂度为O(n)，其中n为待排序元素的个数。

由于哈希函数的选择和哈希表的大小会影响到排序的效率，因此在实际应用中需要根据具体的情况进行调优。

总结一下，哈希排序算法通过将待排序的元素映射到哈希表中的位置来进行排序。

它的核心思想是利用哈希函数将元素映射为一个唯一的位置，然后按照这个位置的顺序输出元素。

哈希排序算法的时间复杂度为O(n)，其中n为待排序元素的个数。

在实际应用中，需要选择合适的哈希函数和哈希表大小来提高排序的效率。

哈希常见算法及原理

分布式算法(一致性Hash算法)一、分布式算法在做服务器负载均衡时候可供选择的负载均衡的算法有很多，包括：轮循算法(Round Robin)、哈希算法(HASH)、最少连接算法(Least Connection)、响应速度算法(Response Time)、加权法(Weighted )等。

其中哈希算法是最为常用的算法.典型的应用场景是：有N台服务器提供缓存服务，需要对服务器进行负载均衡，将请求平均分发到每台服务器上，每台机器负责1-N的服务。

常用的算法是对hash结果取余数 (hash() mod N )：对机器编号从0到N-1，按照自定义的 hash()算法，对每个请求的hash()值按N取模，得到余数i，然后将请求分发到编号为i的机器。

但这样的算法方法存在致命问题，如果某一台机器宕机，那么应该落在该机器的请求就无法得到正确的处理，这时需要将当掉的服务器从算法从去除，此时候会有(N-1)-N 的服务器的缓存数据需要重新进行计算;如果新增一台机器，会有N -(N+1)的服务器的缓存数据需要进行重新计算。

对于系统而言，这通常是不可接受的颠簸(因为这意味着大量缓存的失效或者数据需要转移)。

那么，如何设计一个负载均衡策略，使得受到影响的请求尽可能的少呢?在Memcached、Key-Value Store 、Bittorrent DHT、LVS中都采用了Consistent Hashing算法，可以说Consistent Hashing 是分布式系统负载均衡的首选算法。

二、分布式缓存问题在大型web应用中，缓存可算是当今的一个标准开发配置了。

在大规模的缓存应用中，应运而生了分布式缓存系统。

分布式缓存系统的基本原理，大家也有所耳闻。

key-value如何均匀的分散到集群中？说到此，最常规的方式莫过于hash取模的方式。

比如集群中可用机器适量为N，那么key值为K的的数据请求很简单的应该路由到hash(K) mod N对应的机器。

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