В мире распределенных систем эффективное масштабирование и распределение данных между несколькими серверами является фундаментальной проблемой. Одним из подходов, получившим значительную популярность, является «последовательное хеширование». В этой статье мы раскроем тайну последовательного хеширования, объясним его внутреннюю работу на разговорном языке и предоставим примеры кода, иллюстрирующие различные связанные с ним методы.

Что такое согласованное хеширование?
Последовательное хеширование — это метод, используемый для распределения данных по набору серверов масштабируемым и сбалансированным образом. Традиционные подходы часто полагаются на использование оператора модуля с количеством серверов для определения сервера, ответственного за хранение определенного фрагмента данных. Однако это может привести к значительным сбоям при добавлении или удалении серверов из системы. Согласованное хеширование решает эту проблему, обеспечивая плавный переход во время таких изменений, сводя к минимуму объем необходимого перемещения данных.

Хеш-кольца и виртуальные узлы.
Чтобы понять последовательное хеширование, давайте представим себе циклическое хэш-кольцо. Каждый сервер в системе представлен точкой на этом кольце. Элементы данных также сопоставляются с точками на кольце с помощью хэш-функции. Когда элемент данных необходимо сохранить или получить, он сопоставляется с ближайшим сервером по часовой стрелке на кольце.

Чтобы обеспечить балансировку нагрузки и избежать «горячих точек», последовательное хеширование вводит концепцию виртуальных узлов. Вместо сопоставления каждого физического сервера с одной точкой кольца с каждым сервером связывается несколько виртуальных узлов. Эти виртуальные узлы равномерно распределены по кольцу, увеличивая количество элементов данных, которые можно назначить каждому серверу.

Добавление и удаление серверов.
Когда в систему добавляется новый сервер, согласованное хеширование обеспечивает плавный переход за счет перераспределения только части данных. Это достигается за счет временного назначения части данных с существующих серверов новому серверу, что сводит к минимуму влияние на всю систему.

Аналогично, когда сервер удаляется, последовательное хеширование перераспределяет данные, которые изначально были назначены этому серверу, между оставшимися серверами. Опять же, необходимо переместить только часть данных, что приводит к минимальным нарушениям.

Примеры кода.
Давайте рассмотрим некоторые примеры кода, чтобы лучше понять, как работает согласованное хеширование. Для иллюстрации мы будем использовать упрощенную реализацию на Python.

1. Создание хэш-кольца:

   class HashRing:
   def __init__(self, nodes):
       self.nodes = nodes
   def get_server(self, key):
       hash_value = hash(key)
       node = bisect_left(self.nodes, hash_value) % len(self.nodes)
       return self.nodes[node]

2. Добавление сервера:

   def add_server(hash_ring, server):
   hash_ring.nodes.append(server)
   hash_ring.nodes.sort()

3. Удаление сервера:

   def remove_server(hash_ring, server):
   hash_ring.nodes.remove(server)

Последовательное хеширование – это умный метод, который обеспечивает эффективное распределение данных, балансировку нагрузки и масштабируемость в распределенных системах. Использование хеш-кольца и виртуальных узлов обеспечивает плавный переход при добавлении или удалении серверов. Благодаря предоставленным примерам кода вы теперь лучше понимаете, как можно реализовать согласованное хеширование. Включение этого метода в ваши распределенные системы может значительно повысить их производительность и надежность.