一致性Hash算法

import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
import java.util.SortedMap;
import java.util.SortedSet;
import java.util.TreeMap;
import java.util.TreeSet;

public class ConsistentHash<T> {
private final HashFunction hashFunction;
private final int numberOfReplicas;// 节点的复制因子,实际节点个数 * numberOfReplicas =
// 虚拟节点个数
private final SortedMap<Long, T> circle = new TreeMap<Long, T>();// 存储虚拟节点的hash值到真实节点的映射

public ConsistentHash(HashFunction hashFunction, int numberOfReplicas, Collection<T> nodes) {
this.hashFunction = hashFunction;
this.numberOfReplicas = numberOfReplicas;
for (T node : nodes)
add(node);
}

public void add(T node) {
for (int i = 0; i < numberOfReplicas; i++)
// 对于一个实际机器节点 node, 对应 numberOfReplicas 个虚拟节点
/*
* 不同的虚拟节点(i不同)有不同的hash值,但都对应同一个实际机器node 虚拟node一般是均衡分布在环上的,数据存储在顺时针方向的虚拟node上
*/
circle.put(hashFunction.hash(node.toString() + i), node);
}

public void remove(T node) {
for (int i = 0; i < numberOfReplicas; i++)
circle.remove(hashFunction.hash(node.toString() + i));
}

/*
* 获得一个最近的顺时针节点,根据给定的key 取Hash 然后再取得顺时针方向上最近的一个虚拟节点对应的实际节点 再从实际节点中取得 数据
*/
public T get(Object key) {
if (circle.isEmpty())
return null;
long hash = hashFunction.hash((String) key);// node 用String来表示,获得node在哈希环中的hashCode
if (!circle.containsKey(hash)) {// 数据映射在两台虚拟机器所在环之间,就需要按顺时针方向寻找机器
SortedMap<Long, T> tailMap = circle.tailMap(hash);
hash = tailMap.isEmpty() ? circle.firstKey() : tailMap.firstKey();
}
return circle.get(hash);
}

public long getSize() {
return circle.size();
}

/*
* 查看MD5算法生成的hashCode值---表示整个哈希环中各个虚拟节点位置
*/
public void testBalance() {
Set<Long> sets = circle.keySet();// 获得TreeMap中所有的Key
SortedSet<Long> sortedSets = new TreeSet<Long>(sets);// 将获得的Key集合排序
for (Long hashCode : sortedSets) {
System.out.println(hashCode);
}

System.out.println("----each location 's distance are follows: ----");
/*
* 查看用MD5算法生成的long hashCode 相邻两个hashCode的差值
*/
Iterator<Long> it = sortedSets.iterator();
Iterator<Long> it2 = sortedSets.iterator();
if (it2.hasNext())
it2.next();
long keyPre, keyAfter;
while (it.hasNext() && it2.hasNext()) {
keyPre = it.next();
keyAfter = it2.next();
System.out.println(keyAfter - keyPre);
}
}

public static void main(String[] args) {
Set<String> nodes = new HashSet<String>();
nodes.add("A");
nodes.add("B");
nodes.add("C");

ConsistentHash<String> consistentHash = new ConsistentHash<String>(new HashFunction(), 2, nodes);
consistentHash.add("D");

System.out.println("hash circle size: " + consistentHash.getSize());
System.out.println("location of each node are follows: ");
consistentHash.testBalance();
}

}

 

 

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import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/*
* 实现一致性哈希算法中使用的哈希函数,使用MD5算法来保证一致性哈希的平衡性
*/
public class HashFunction {
private MessageDigest md5 = null;

public long hash(String key) {
if (md5 == null) {
try {
md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new IllegalStateException("no md5 algrithm found");
}
}

md5.reset();
md5.update(key.getBytes());
byte[] bKey = md5.digest();
// 具体的哈希函数实现细节--每个字节 & 0xFF 再移位
long result = ((long) (bKey[3] & 0xFF) << 24) | ((long) (bKey[2] & 0xFF) << 16 | ((long) (bKey[1] & 0xFF) << 8) | (long) (bKey[0] & 0xFF));
return result & 0xffffffffL;
}
}

 

// MessageDigest的功能及用法  https://www.cnblogs.com/honey01/p/6420111.html

 // 注解  https://www.cnblogs.com/wzhanke/p/4562056.html

/** 

     * 字节数组到long的转换.
     */
    public static long byteToLong(byte[] b) {
        long s = 0;
        long s0 = b[0] & 0xff;// 最低位
        long s1 = b[1] & 0xff;
        long s2 = b[2] & 0xff;
        long s3 = b[3] & 0xff;
        long s4 = b[4] & 0xff;// 最低位
        long s5 = b[5] & 0xff;
        long s6 = b[6] & 0xff;
        long s7 = b[7] & 0xff;

        // s0不变
        s1 <<= 8;
        s2 <<= 16;
        s3 <<= 24;
        s4 <<= 8 * 4;
        s5 <<= 8 * 5;
        s6 <<= 8 * 6;
        s7 <<= 8 * 7;
        s = s0 | s1 | s2 | s3 | s4 | s5 | s6 | s7;
        return s;
    }