一致性哈希（Consistent Hashing）是一種用於分佈式系統中解決數據分佈和負載均衡的問題的哈希算法。它特別適用於動態節點（如伺服器）加入或退出時，能夠最小化數據的重分佈，從而提高系統的穩定性和擴展性。
一致性哈希的基本原理：#
- 虛擬節點（Virtual Nodes）：
一致性哈希通常會引入虛擬節點的概念。每個物理節點會映射到多個虛擬節點，這樣能使負載分佈更加均勻。虛擬節點就是哈希環上多個 “位置” 的映射點。 - 哈希環（Hash Ring）：
哈希環是一個邏輯上的環形結構，可以看做是一個 0 到 2^32-1（或其他取值範圍）的哈希值空間。每個節點（物理節點或虛擬節點）通過哈希算法映射到這個哈希環上的某個位置。 - 數據分配：
數據通過某種哈希算法（如 MD5、SHA-1 等）被映射到哈希環上的某個位置。然後，數據會被存儲在順時針方向第一個遇到的節點上（物理節點或虛擬節點）。
工作流程：#
- 節點加入：
當一個新的節點加入時，它只會影響與其相鄰的少數數據。即數據通過哈希環定位，只會將部分數據遷移到新節點上，避免了數據的大規模遷移。 - 節點退出：
當一個節點退出時，哈希環上的數據會轉移到順時針方向的下一個節點。由於一致性哈希的設計，退出的節點只影響它所負責的數據，而不是全局的數據遷移。
優點：#
- 最小化數據遷移：節點的加入或退出不會導致整個數據集的大規模遷移。通常，只會影響到一小部分數據，這在動態環境下非常有用。
- 負載均衡：通過虛擬節點的方式，能夠較為均勻地分配負載，避免某些節點過載而其他節點空閒。
- 擴展性強：當系統擴展時，不會對整個系統產生劇烈影響，節點的擴展相對簡單。
缺點：#
- 數據分佈不均：如果虛擬節點的數量過少，數據可能會集中在少數幾個物理節點上，造成負載不均衡。
- 節點失效：如果一個節點失效，由於哈希環是順時針的，數據轉移時可能會遇到負載過高的情況。
應用場景：#
一致性哈希算法在許多分佈式系統中都有廣泛應用，尤其是當系統需要支持節點的動態增加或減少時，例如：
- 分佈式緩存（如 Memcached、Redis）
- 分佈式數據庫（如 Cassandra）
- CDN（內容分發網絡）
總的來說，一致性哈希通過在哈希環中分配節點位置，並結合虛擬節點技術，極大提高了分佈式系統的靈活性和擴展性。