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wzjs 2025/9/12 11:15:35

朝阳市网站制作,做刷票的网站,工商年报网上申报系统官网,专做实习生招聘的网站一、核心原理与设计要点双重映射结构一致性哈希负载均衡通过哈希环和槽动态分配实现双重映射关系： • 哈希环构建：将节点（物理或虚拟）和数据键（Key）通过哈希函数（如MD5、CRC32&#xff09…

一、核心原理与设计要点

双重映射结构
一致性哈希负载均衡通过哈希环和槽动态分配实现双重映射关系：
• 哈希环构建：将节点（物理或虚拟）和数据键（Key）通过哈希函数（如MD5、CRC32）映射到固定范围的环形空间（如0~2³²），形成逻辑哈希环。

• 槽动态分配：将哈希环划分为固定数量的槽（Slot，如1024或16384个），每个槽对应哈希环上的一段范围，初始均匀分配到节点。运行时统计每个槽的请求量，通过动态规划或贪心算法重新分配槽到节点的映射，使各节点负载接近平均值。
动态调整流程
• 请求统计：周期性（如每分钟）记录每个槽的请求量，形成请求分布数组。

• 负载均衡目标：计算总请求量和节点数，得出目标平均负载（Avg = Total / 节点数）。

• 槽分段策略：将槽序列分割为连续段，使每段请求量与Avg的绝对差之和最小。例如，若当前段总和接近Avg则截断，剩余槽同理分配。

• 映射更新：调整后，同一槽的请求仍路由到同一节点，但槽与节点的映射关系随负载动态变化。
虚拟节点与权重适配
• 虚拟节点：每个物理节点对应多个虚拟节点（如100个），分散哈希环分布以缓解数据倾斜。

• 权重动态调整：根据节点性能差异，动态分配虚拟节点数量（如高性能节点分配更多虚拟节点），优化负载均衡。

二、Java代码实现

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;public class DynamicConsistentHash {private static final int SLOT_COUNT = 1024; // 槽总数private final TreeMap<Integer, String> ring = new TreeMap<>(); // 哈希环private final ConcurrentHashMap<String, List<Integer>> nodeSlots = new ConcurrentHashMap<>();private final AtomicIntegerArray slotRequests = new AtomicIntegerArray(SLOT_COUNT); // 槽请求统计// 初始化节点和虚拟节点public void initNodes(List<String> nodes, int virtualNodesPerNode) {nodes.forEach(node -> {List<Integer> slots = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < virtualNodesPerNode; i++) {String virtualNode = node + "#VN" + i;int slot = Math.abs(virtualNode.hashCode()) % SLOT_COUNT;ring.put(slot, node);slots.add(slot);}nodeSlots.put(node, slots);});}// 动态调整槽映射（每1分钟触发）public void adjustSlots() {int total = 0;for (int i = 0; i < SLOT_COUNT; i++) total += slotRequests.get(i);double avg = total / (double) nodeSlots.size();// 按槽请求量降序排序List<Map.Entry<Integer, Integer>> sortedSlots = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < SLOT_COUNT; i++) {sortedSlots.add(new AbstractMap.SimpleEntry<>(i, slotRequests.get(i)));}sortedSlots.sort((a, b) -> b.getValue() - a.getValue());// 贪心分配：高负载槽优先分配至低负载节点PriorityQueue<NodeLoad> loadQueue = new PriorityQueue<>();nodeSlots.keySet().forEach(node -> loadQueue.add(new NodeLoad(node, 0)));Map<String, List<Integer>> newMapping = new HashMap<>();for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : sortedSlots) {NodeLoad node = loadQueue.poll();newMapping.computeIfAbsent(node.node, k -> new ArrayList<>()).add(entry.getKey());node.load += entry.getValue();loadQueue.add(node);}// 更新哈希环并重置统计newMapping.forEach((node, slots) -> slots.forEach(slot -> ring.put(slot, node)));slotRequests = new AtomicIntegerArray(SLOT_COUNT);}// 请求路由（记录槽请求量）public String route(String key) {int slot = Math.abs(key.hashCode()) % SLOT_COUNT;slotRequests.incrementAndGet(slot); // 统计请求量SortedMap<Integer, String> tailMap = ring.tailMap(slot);Integer targetSlot = tailMap.isEmpty() ? ring.firstKey() : tailMap.firstKey();return ring.get(targetSlot);}// 节点负载辅助类private static class NodeLoad implements Comparable<NodeLoad> {String node;int load;NodeLoad(String node, int load) { this.node = node; this.load = load; }@Overridepublic int compareTo(NodeLoad o) { return Integer.compare(this.load, o.load); }}
}