一致性ハッシュ（Consistent Hashing）は、分散システムにおけるデータ分布と負荷分散の問題を解決するためのハッシュアルゴリズムです。特に、動的なノード（サーバーなど）が参加または退出する際に、データの再分配を最小限に抑えることができ、システムの安定性と拡張性を向上させます。
一致性ハッシュの基本原理：#
- 仮想ノード（Virtual Nodes）：
一致性ハッシュは通常、仮想ノードの概念を導入します。各物理ノードは複数の仮想ノードにマッピングされ、負荷分布をより均等にします。仮想ノードはハッシュリング上の複数の「位置」のマッピングポイントです。 - ハッシュリング（Hash Ring）：
ハッシュリングは論理的な環状構造で、0 から 2^32-1（または他の範囲）のハッシュ値空間と見なすことができます。各ノード（物理ノードまたは仮想ノード）はハッシュアルゴリズムを通じてこのハッシュリング上のある位置にマッピングされます。 - データ配分：
データは特定のハッシュアルゴリズム（MD5、SHA-1 など）を通じてハッシュリング上のある位置にマッピングされます。その後、データは時計回りの方向で最初に出会ったノード（物理ノードまたは仮想ノード）に保存されます。
ワークフロー：#
- ノードの参加：
新しいノードが参加すると、それは隣接する少数のデータにのみ影響を与えます。つまり、データはハッシュリングを通じて位置を特定し、一部のデータのみが新しいノードに移動され、大規模なデータ移動を回避します。 - ノードの退出：
ノードが退出すると、ハッシュリング上のデータは時計回りの次のノードに移動します。一致性ハッシュの設計により、退出したノードは自分が担当していたデータにのみ影響を与え、全体のデータ移動には影響しません。
利点：#
- データ移動の最小化：ノードの参加または退出は、全体のデータセットの大規模な移動を引き起こしません。通常、影響を受けるのはごく一部のデータであり、動的な環境では非常に有用です。
- 負荷分散：仮想ノードの方式を通じて、負荷を比較的均等に分配でき、一部のノードが過負荷になり、他のノードが空いている状況を回避します。
- 拡張性が高い：システムが拡張される際、全体のシステムに大きな影響を与えず、ノードの拡張は比較的簡単です。
欠点：#
- データ分布の不均衡：仮想ノードの数が少なすぎると、データが少数の物理ノードに集中し、負荷が不均衡になる可能性があります。
- ノードの障害：ノードが障害を起こすと、ハッシュリングが時計回りであるため、データ移動時に過負荷の状況に遭遇する可能性があります。
アプリケーションシーン：#
一致性ハッシュアルゴリズムは、多くの分散システムで広く使用されており、特にシステムがノードの動的な増加または減少をサポートする必要がある場合に適しています。例えば：
- 分散キャッシュ（Memcached、Redis など）
- 分散データベース（Cassandra など）
- CDN（コンテンツ配信ネットワーク）
総じて、一致性ハッシュはハッシュリング内でノードの位置を配分し、仮想ノード技術を組み合わせることで、分散システムの柔軟性と拡張性を大幅に向上させました。