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  • PHP 一致性Hash

    一致性HASH

    好久没有写文章了,最近忙着公司的事情,也一拖再拖。这篇一致性hash是很久之前就有的一篇算法,记录一下,这周写个基于该算法的Redis中间件。

    HASH算法的精髓就在于打散原本杂乱无序的一堆节点,并排序,同时使之首尾相连,形成闭环,总有一个节点是目标节点,最坏情况下是又回到第一个节点

    • 这个算法有性能问题,因为PHP是解释性语言,每次查找一个key都初始化这个环,最好的办法的把这个方法用在daemon进程里,使之缓存起来,就不必每次都执行一次
    <?php
    namespace WMRedis;
    
    use RedisException;
    
    /**
     * 一致性hash
     *
     * 网上摘抄的一段代码
     */
    
    class ConsistenHash
    {
    	/**
    	 * 虚拟节点数
    	 *
    	 * @var int
    	 */
    	private $_replicas = 64;
    
    	/**
    	 * HASH算法对象
    	 * @var object hasher
    	 */
    	private $_hasher;
    
    	/**
    	 * 当前物理节点数
    	 * @var int
    	 */
    	private $_targetCount = 0;
    
    	/**
    	 * 虚拟节点到物理节点映射
    	 * @var array { position => target, ... }
    	 */
    	private $_positionToTarget = array();
    
    	/**
    	 * 物理节点到虚拟节点映射
    	 * @var array { target => [ position, position, ... ], ... }
    	 */
    
    	private $_targetToPositions = array();
    
    	/**
    	 * 虚拟节点排序标志位
    	 * @var boolean
    	 */
    	private $_positionToTargetSorted = false;
    
    	/**
    	 * 构造函数
    	 * @param object $hasher hasher
    	 * @param int $replicas Amount of positions to hash each target to.
    	 */
    	public function __construct($hash = 'md5',$replicas = 0)
    	{
    		$this->_hasher = strcmp(strtolower($hash),'crc32') === 0 ? new Crc32Hasher() : new Md5Hasher();
    		$this->_replicas = !$replicas ? $replicas : $this->_replicas;
    	}
    
    	/**
    	 * 添加物理节点
    	 * @param string $target
    	 * @chainable
    	 */
    	public function addTarget($target)
    	{
    		if (isset($this->_targetToPositions[$target]))
    		{
    			throw new RedisException("Target '$target' already exists.");
    		}
    		$this->_targetToPositions[$target] = array();
    		// 打散
    		for ($i = 0; $i < $this->_replicas; $i++)
    		{
    			$position = $this->_hasher->hash($target . $i);
    			
    			$this->_positionToTarget[$position] = $target;
    			$this->_targetToPositions[$target][]= $position;
    		}
    		$this->_positionToTargetSorted = false;
    		$this->_targetCount++;
    		return $this;
    	}
    
    	/**
    	 * 批量添加节点
    	 * @param array $targets
    	 * @chainable
    	 */
    	public function addTargets($targets)
    	{
    		foreach ($targets as $target)
    		{
    			$this->addTarget($target);
    		}
    		return $this;
    	}
    
    	/**
    	 * 删除节点
    	 * @param string $target
    	 * @chainable
    	 */
    	public function removeTarget($target)
    	{
    		if (!isset($this->_targetToPositions[$target]))
    		{
    			throw new RedisException("Target '$target' does not exist.");
    		}
    		foreach ($this->_targetToPositions[$target] as $position)
    		{
    			unset($this->_positionToTarget[$position]);
    		}
    		unset($this->_targetToPositions[$target]);
    		$this->_targetCount--;
    		return $this;
    	}
    
    	/**
    	 * 返回若有物理节点
    	 * @return array
    	 */
    	public function getAllTargets()
    	{
    		return array_keys($this->_targetToPositions);
    	}
    
    	/**
    	 * 找到资源所在物理节点
    	 * @param string $resource
    	 * @return string
    	 */
    	public function lookup($resource)
    	{
    		$targets = $this->lookupList($resource, 1);
    		if (empty($targets)) throw new RedisException('No targets exist');
    		return $targets[0];
    	}
    	/**
    	 * 需要多个物理节点
    	 *
    	 * @param string $resource
    	 * @param int $requestedCount 节点个数
    	 * @return array
    	 */
    	protected function lookupList($resource, $requestedCount)
    	{
    		if (!$requestedCount) {
    			throw new RedisException('Invalid count requested');
    		}
    		// 没有节点资源 
    		if (empty($this->_positionToTarget)) {
    			return array();
    		}
    
    		if ($this->_targetCount == 1) {
    			return array(array_pop($this->_positionToTarget));
    		}
    
    		$resourcePosition = $this->_hasher->hash($resource);
    		$results = array();
    		$collect = false;
    		$this->_sortPositionTargets();
    		// 开始搜索
    		foreach ($this->_positionToTarget as $key => $value)
    		{
    			if (!$collect && (string)$key > (string)$resourcePosition)
    			{
    				// 找到第一个匹配节点
    				$collect = true;
    			}
    			if ($collect && !in_array($value, $results))
    			{
    				$results []= $value;
    			}
    			if (count($results) == $requestedCount || count($results) == $this->_targetCount)
    			{
    				return $results;
    			}
    		}
    		// 还没有找到足够的节点,则重新开始
    		foreach ($this->_positionToTarget as $key => $value)
    		{
    			if (!in_array($value, $results))
    			{
    				$results []= $value;
    			}
    			// 已找到足够节点,或所有节点已全部遍历
    			if (count($results) == $requestedCount || count($results) == $this->_targetCount)
    			{
    				return $results;
    			}
    		}
    		// 此时的结果是已遍历完仍然没有足够的节点数
    		return $results;
    	}
    
    	/**
    	 * 降序排列虚拟节点
    	 */
    	private function _sortPositionTargets()
    	{
    		// sort by key (position) if not already
    		if (!$this->_positionToTargetSorted)
    		{
    			ksort($this->_positionToTarget, SORT_REGULAR);
    			$this->_positionToTargetSorted = true;
    		}
    	}
    }
    
    /**
     * Crc32
     */
    class Crc32Hasher implements hasher
    {
    	public function hash($string)
    	{
    		return (string)hash('crc32', $string);
    	}
    }
    /**
     * Md5
     */
    class Md5Hasher implements hasher
    {
    	public function hash($string)
    	{
    		return (string)substr(md5($string), 0, 8);
    	}
    }
    
    /**
     * HASH因子接口
     */
    interface hasher
    {
    	public function hash($string);
    }
    
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