浅析数据库算法与数据结构(五)一致性哈希

简介: 我们在第二期中讲过,HASH算法是一种非常快速的查找算法,可以用于对数据进行分区和分片。但是有一个问题。根据常规哈希算法算出来的哈希值,通常是无法扩展的,也就是说,假如说,我们一开始想将数据分成四个数据片,随着我们数据量的增长,四个数据片都接近了系统的极限,现在我们想加入一个新的数据片。这时使用传统的哈希算法,通常是无法做到的。只能讲数据重新在汇总起来再重新分成五分,这样就导致了巨大的运维成本。

我们在第二期中讲过,HASH算法是一种非常快速的查找算法,可以用于对数据进行分区和分片。但是有一个问题。根据常规哈希算法算出来的哈希值,通常是无法扩展的,也就是说,假如说,我们一开始想将数据分成四个数据片,随着我们数据量的增长,四个数据片都接近了系统的极限,现在我们想加入一个新的数据片。这时使用传统的哈希算法,通常是无法做到的。只能讲数据重新在汇总起来再重新分成五分,这样就导致了巨大的运维成本。

 

那么有没有能够扩展的哈希算法呢,有的,这就是一致性哈希算法

 

一致性哈希算法

一致性哈希算法是1997年在论文Consistent hashing and random trees中被提出 ,在分布式系统中应用非常广泛。一致性哈希是一种哈希算法,简单地说在移除或者添加一个服务器时,此算法能够尽可能小地改变已存在的服务请求与处理请求服务器之间的映射关系,尽可能满足单调性的要求。

 

一致性哈希算法将整个哈希值空间映射成一个虚拟的圆环,整个哈希空间的取值范围为0~232-1。整个空间按顺时针方向组织。0~232-1在零点中方向重合。接下来使用如下算法对服务请求进行映射,将服务请求使用哈希算法算出对应的hash值,然后根据hash值的位置沿圆环顺时针查找,第一台遇到的服务器就是所对应的处理请求服务器。当增加一台新的服务器,受影响的数据仅仅是新添加的服务器到其环空间中前一台的服务器(也就是顺着逆时针方向遇到的第一台服务器)之间的数据,其他都不会受到影响。综上所述,一致性哈希算法对于节点的增减都只需重定位环空间中的一小部分数据,具有较好的容错性和可扩展性

 

算法实例

假如说我们只有三台服务器,那么经过哈希函数,所有落在server1和server3 之间的 key值都会区访问server3上的数据分片,所有落在server3 和server2的key值都会去访问server2的分片,所有落在server2 和server1之间的key值都会去访问server1的分片

 

image5.png

 

那么现在我们增加一个server4,这时候原有的映射是不变的,只有落在server3和server4之间的key值原来事需要访问Server2,现在需要调整到Server4,那就是需要仅仅迁移这一部分数据

,这样的工作量远远少于我们一开始提到,把所有的数据重新汇总在分开。

 

image55.png

 

以上就是一致性HASH算法的原理。

目录
相关文章
|
12天前
|
算法 数据处理 C语言
C语言中的位运算技巧,涵盖基本概念、应用场景、实用技巧及示例代码,并讨论了位运算的性能优势及其与其他数据结构和算法的结合
本文深入解析了C语言中的位运算技巧,涵盖基本概念、应用场景、实用技巧及示例代码,并讨论了位运算的性能优势及其与其他数据结构和算法的结合,旨在帮助读者掌握这一高效的数据处理方法。
23 1
|
15天前
|
机器学习/深度学习 算法 数据挖掘
K-means聚类算法是机器学习中常用的一种聚类方法,通过将数据集划分为K个簇来简化数据结构
K-means聚类算法是机器学习中常用的一种聚类方法,通过将数据集划分为K个簇来简化数据结构。本文介绍了K-means算法的基本原理,包括初始化、数据点分配与簇中心更新等步骤,以及如何在Python中实现该算法,最后讨论了其优缺点及应用场景。
58 4
|
2月前
|
存储 算法 Java
解析HashSet的工作原理,揭示Set如何利用哈希算法和equals()方法确保元素唯一性,并通过示例代码展示了其“无重复”特性的具体应用
在Java中,Set接口以其独特的“无重复”特性脱颖而出。本文通过解析HashSet的工作原理,揭示Set如何利用哈希算法和equals()方法确保元素唯一性,并通过示例代码展示了其“无重复”特性的具体应用。
50 3
|
13天前
|
存储 算法 搜索推荐
Python 中数据结构和算法的关系
数据结构是算法的载体,算法是对数据结构的操作和运用。它们共同构成了计算机程序的核心,对于提高程序的质量和性能具有至关重要的作用
|
13天前
|
数据采集 存储 算法
Python 中的数据结构和算法优化策略
Python中的数据结构和算法如何进行优化?
|
21天前
|
算法
数据结构之路由表查找算法(深度优先搜索和宽度优先搜索)
在网络通信中,路由表用于指导数据包的传输路径。本文介绍了两种常用的路由表查找算法——深度优先算法(DFS)和宽度优先算法(BFS)。DFS使用栈实现,适合路径问题;BFS使用队列,保证找到最短路径。两者均能有效查找路由信息,但适用场景不同,需根据具体需求选择。文中还提供了这两种算法的核心代码及测试结果,验证了算法的有效性。
82 23
|
7天前
|
算法 安全
散列值使用相同的哈希算法
当使用相同的哈希算法对相同的数据进行散列时,所产生的散列值(也称为哈希值或摘要)总是相同的。这是因为哈希算法是一种确定性的函数,它对于给定的输入将始终产生相同的输出。 例如,如果你用SHA-256算法对字符串"hello world"进行哈希处理,无论何时何地,只要输入是完全一样的字符串,你都会得到相同的160位(40个十六进制字符)的SHA-256散列值。 但是,需要注意的是,即使是输入数据的微小变化也会导致产生的散列值完全不同。此外,不同的哈希算法(如MD5、SHA-1、SHA-256等)会对相同的数据产生不同的散列值。 哈希算法的一个关键特性是它们的“雪崩效应”,即输入中的一点小小
16 4
|
21天前
|
算法
数据结构之蜜蜂算法
蜜蜂算法是一种受蜜蜂觅食行为启发的优化算法,通过模拟蜜蜂的群体智能来解决优化问题。本文介绍了蜜蜂算法的基本原理、数据结构设计、核心代码实现及算法优缺点。算法通过迭代更新蜜蜂位置,逐步优化适应度,最终找到问题的最优解。代码实现了单链表结构,用于管理蜜蜂节点,并通过适应度计算、节点移动等操作实现算法的核心功能。蜜蜂算法具有全局寻优能力强、参数设置简单等优点,但也存在对初始化参数敏感、计算复杂度高等缺点。
55 20
|
12天前
|
并行计算 算法 测试技术
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面,旨在通过综合策略提升程序性能,满足实际需求。
37 1
|
21天前
|
机器学习/深度学习 算法 C++
数据结构之鲸鱼算法
鲸鱼算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)是由伊朗研究员Seyedali Mirjalili于2016年提出的一种基于群体智能的全局优化算法,灵感源自鲸鱼捕食时的群体协作行为。该算法通过模拟鲸鱼的围捕猎物和喷出气泡网的行为,结合全局搜索和局部搜索策略,有效解决了复杂问题的优化需求。其应用广泛,涵盖函数优化、机器学习、图像处理等领域。鲸鱼算法以其简单直观的特点,成为初学者友好型的优化工具,但同时也存在参数敏感、可能陷入局部最优等问题。提供的C++代码示例展示了算法的基本实现和运行过程。
42 0