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给面试官讲明白:一致性hash的原理和实践

2019.08.12 13:08 543浏览

“一致性hash的设计初衷是解决分布式缓存问题,它不仅能起到hash作用,还可以在服务器宕机时,尽量少地迁移数据。因此被广泛用于状态服务的路由功能”

01分布式系统的路由算法

假设有一个消息推送系统,其简易架构如下

系统简易架构图
)

设备接入层不仅要接收设备的登录、下线等状态命令,还要把开发者的消息推送给设备。这个时候设备接入层就需要维护设备的状态信息(当然可以专门拆一个状态服务去维护这些信息,要求这部分必须少有代码更新,具体原因自己去想哦=_=)。这个时候设备接入层的每台server都保留一批设备的状态信息cache,设备应该连接哪台server去获取数据,同时中间层的消息又该发往哪个server去推送呢?这就用到了一致性hash算法。

02什么是一致性hash算法

一致性hash由对象、资源、算法和机器组成。它要做的是:对象通过算法判断连哪台机器。在如上系统中:设备id(userID)为对象;其对应的状态数据(cache)为资源;服务器为机器。

一致性hash

在一致性hash算法中,这些资源围成了一个闭环,每台机器又保存着一个资源段,每个资源段对应一批对象/设备;这样如果某台机器挂了,那它对应的资源转移到离它较近的机器x,这台dead server对应的设备连接到机器x就行。
现在假设这四个资源段对应的设备,活跃情况相差较大。比如说资源段1、2对应的设备特别活跃,而资源段3和4几乎没活动。这样机器1-2需要保存大量的状态数据,而3-4则有大量的空置,显然是不合理的。改进版的一致性hash算法是这样操作的:它不再是每台机器去保存一个连续的资源段,而是让每台机器都保存多个区域的部分资源段。如机器1保存每个资源段的1/4,机器2保存每个资源段的1/4,机器3、4同样如此。这样即使个别号段有热点,也会均摊到不同的机器。
一致性hash改进版

03一致性hash在系统中的应用

如上介绍了一致性hash的概念和改进,在系统实践中,我们用户量非常大,往往不只一个集群。我们是如此使用一致性hash:

  • 首先根据不同号段选择对应的集群,这部分是可配置的

  • 确定集群后,根据一致性hash把设备匹配到server的某个instance上(每台server部署多个设备接入层实例(1.每个instance保存的状态信息更分散;2.服务的gc问题会有缓解)

  • 建立机器虚拟节点:把user逆序(打乱之前连续userId),组成新的资源段;相当于建立了server虚拟节点

  • 记录每台server锁服务的设备数,如果机器A挂了,挑选服务设备数最少的机器去承接kicked-device

04不是所有情况都适合一致性hash

以上介绍了一致性Hash的原理和实践,但不是所有的服务都适合用一致性hash来路由。比如01节中的消息推送系统,中间层是无状态的,开发者接入层请求cluter-A的哪台机器都行,它只要做完基本校验后,把消息异步发给MQ即可,无需等待结果直接返回; 而设备接入层是有状态的,且对较高时延无法忍受,更适合一致性Hash选择好server-instance,然后通过TCP/UDP来通信。

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