一致性哈希
前言
本文主要講明一致性哈希的 原理，優點，新問題及解決，應用場景。
一、基本概念/原理
一致性哈希算法也是使用取模的方法，只不過是對232取模，然後將232個點均勻的散列在一個圓上，這個圓環叫做哈希環。
可以參考下圖，正上方的點代表0，順時針方向爲0,1,2,3…232-1 。
結合實際問題解釋：
有三臺緩存服務器，需要將信息均勻的放到三臺緩存服務器中。
1、對三臺機器的ip進行哈希計算後對232取模，計算出的結果是一個0到232-1之間的一個整數，這樣三臺機器就映射到了這個環上。（圖例爲理想情況）
2、將要存的信息同樣映射放置到哈希環上，對信息的key進行hash計算後對232進行取模，計算出來的數值對應hash環上的位置如下圖橙點所示，按照順時針方向找到第一個服務器是A服務器，那麼就會把信息放到A服務器中。
通過這種方法，判斷一個資源應該被緩存到哪臺服務器上，將緩存服務器與被緩存資源都映射到hash環上以後，從被緩存資源的位置出發，沿順時針方向遇到的第一個服務器，就是當前資源將要緩存在上面的服務器，由於被緩存資源與服務器hash後的值是固定的，所以，在服務器不變的情況下，一個資源必定會被緩存到固定的服務器上。下次想要訪問這個資源時，只要再次使用相同的算法進行計算，即可算出這個資源被緩存在哪個服務器上，直接去對應的服務器查找對應的資源就可以了。
二、優勢
1.服務器故障宕機節點減少
結合上面三臺服務器來說，如果B服務器出現了故障，那麼B服務器會從Hash環上移除。如下圖所示，原先的資源3是放在B服務器的，現在B宕機移除後，資源3的位置會發生變化，會放到C機器中，但是其他的資源位置不會發生變動。
一致性hash優點：如果使用之前的hash算法，服務器數量發生改變時，所有服務器的所有緩存在同一時間失效需要重新計算緩存拉取，而使用一致性哈希算法時，服務器的數量如果發生改變，並不是所有緩存都會失效，而是隻有部分緩存會失效，前端的緩存仍然能分擔整個系統的壓力，而不至於所有壓力都在同一時間集中到後端服務器上。
2.擴容/動態添加服務器
當我們發現三臺機器壓力過大需要增加機器時，對新加的機器D進行hash計算後對 232取模映射放置到hash環上，如下圖所示，此時只會影響資源2所存的位置，而不會影響其他的資源。
三、存在問題及解決方案
1.哈希環偏斜
問題：
在上面hash環上的服務器分佈是極其理想化的，在實際情況中可能會出現下圖情況，這樣的話，1,2,3,4,6號資源均被緩存在了服務器A上，5號資源被緩存在了服務器B上，服務器C上沒有緩存任何資源，三臺服務器並沒有被合理的平均的充分利用。如果此時服務器A出現故障，那麼失效緩存的數量也將達到最大值，在極端情況下，仍然有可能引起系統的崩潰，這種情況爲hash環的偏斜。
解決方案：
可以通過虛擬節點來解決偏斜問題。將現在已有的三臺真實的物理服務器節點通過虛擬的方法複製出來，這些節點爲虛擬節點。“虛擬節點"是"實際節點”（實際的物理服務器）在hash環上的複製品,一個實際節點可以對應多個虛擬節點。
如下圖所示ABC三臺機器分別虛擬出了一個虛擬節點，也可以虛擬出更多的虛擬節點，這樣緩存的分佈就會剛加均衡，虛擬節點越多，hash環上的節點就越多，緩存被均勻分佈的概率就越大。
2.新增節點數據命中問題
問題：
當需要新增服務器時，讀取資源的時候，會造成一小部分資源無法直接命中，在新增的服務器上獲取資源但新增的服務器中並沒有該資源，這個時候會穿透到數據庫（或持久性服務器）中先取回資源放到新增機器上後再給服務返回需要的資源。
解決方案：
可以分爲兩階段，如果拉取的資源沒有在離自己最近的服務器上，那麼首先去離自己第二近的服務器上拉取資源，然後異步將資源再緩存到最近的服務器上。
四、應用場景
1、最主要用的場景是redis中多節點集羣的負載中。
2、如果像是圖片等資源存的位置是自己管理的集羣，可以使用該方式進行負載。一是避免集羣中服務器數量發生變化的時候，會發生大量拉取圖片的請求無法直接命中而引起的雪崩，導致整體系統壓力過大而崩潰；二是如果使用的是其他的負載均衡方式，可能會導致幾乎所有的圖片資源位置發生變動，在此期間系統可用性會變差。
3、集羣經常需要變動時負載均衡方式可以採用該種方式，動態擴容，宕機等。
總結
本文主要依據實際場景來講明瞭一致性hash的原理