这是悟空的第 78 篇原创文章。

韩信点兵的成语来源淮安民间传说。常与多多益善搭配。寓意越多越好。我们来看下主公刘邦和韩信大将军的对话。

假如刘邦现在给了韩信 1000 个士兵，需要大致均匀分成三组。士兵的编号是 6 位数，从 1-100000 随机分配。比如第一个士兵的值是 245，第二个士兵的编号是82593，其他士兵类似。那么如何对士兵进行分配呢？

韩信的一技能`哈希算法`：将士兵的编号 num 值当做一个 hash 值，再和总做组数 N 做取余操作，得出的结果在 0 到 N - 1 之间，这个士兵就属于那个组。

如下图所示，每来一个士兵都有一个六位的 hash 值（也可以称作编号），然后被韩信用除以 3 取余数的方式分配到三个组。比如第一组中的编号为 123456 的士兵，除以 3 之后，整除，余数为 0，所以分配到第一组。


现在已经分好组了，假如想找到编号为 666666 的士兵该怎么找？首先将 666666 除以 3，得到余数 0，说明在第一个组，然后去第一个组里面找就可以了。

这里有小伙伴可能会问，为什么不是把所有士兵放到一个组？

**因为一个组太大了，影响行军速度**。映射到互联网架构中，就是通过增加节点从而减小单节点的负载压力。

刘邦看了这个一技能后，大呼：

这时，韩信的副将说话了：

刘邦摸着下巴思索片刻后，对副将说：

我们来看下刘邦为什么觉得方案不可行。

比如原来分配到一组的编号为 3 的士兵，当分成四组的时候，通过公式计算：3%4=3，所以会分配到到第四组。

依次类推，会发现很多士兵进行了重新分配，只有小部分不会变换分组，比如 1，2，12 等等。

韩信对着刘邦点点头，对着主公说道：

一致性哈希算法也用了取模运算，但是它与哈希算法不同的地方：

- **哈希算法**：对节点的数量进行取模运算。

- **一致性哈希算法**：对 2^32 进行取模运算。

可以想象一下，一致性哈希算法，是将整个哈希值空间组成了一个虚拟的圆环，也就是`哈希环`。

如下图，把 3 个组映射到固定大小为 `2^32` 的哈希环中。三个组一共将整个环分成了三个区域，C-A（第一组）、A-B（第二组）、B-C（第三组）。如下图所示：


- 第一组负责存储落在 C-A 区间内的数据。

- 第二组负责存储落在 A-B 区间内的数据。

- 第三组负责存储落在 B-C 区间内的数据。

假定编号为 9527 的士兵，进行哈希运算后，落到 C-A 区域。如下图所示：


第二步，让这个士兵顺时针往前走，遇到的第一个节点 A 就是他所在的组了。如下图所示:


目前三个节点的时候，假定编号为 89757 的士兵经过哈希运算后，分配到了 B-C 区域（第三组），也就是属于 C 节点管控。如下图所示：


回到刘邦刚问的问题，如果分组变成四组，该怎么进行士兵分配。

如下图所示，增加一个节点 D，原来的区域 B-C 变成了区域 B-D（第三组） 和 D-C（第四组）。


那么这名士兵属于哪个节点管控呢？如下图所示，士兵顺时针往前走，先走到了 D 节点，所以属于 D 节点管控。虽然还是属于第三组，**但是这名士兵的领导者已经变了：由 C 变成了 D**。


从上面的变化来看，只有 B-C 区域中的部分数据会进行迁移：B-D 之间的数据会由 C 节点`迁移`到 D 节点。

而**其他数据不受影响，也不用进行迁移**。而且节点越多，需要迁移的数据就越少。这就是多多益善了~

刘邦看了后，大赞韩信：

萧何看了韩信画的哈希环后，觉得有些不对劲，思索片刻后，对韩信说：

萧何说得没错，确实存在这个问题，放到互联网架构中，就存在如下问题：

**节点分布不均匀，导致业务对节点的访问冷热不均**。

韩信眼中充满着赞赏，知我者莫若萧何。然后胸有成竹地说道：

一般虚拟节点比物理节点要多，并相对均匀地分布在哈希环上。如下图所示，12 个虚拟节点 N1~N12，相对均匀地分布在虚拟节点上。如果有士兵属于 N2/N3/N4 中的某一个，都会重新映射到 A 节点，依次类推，N5/N6/N7 属于 B 节点的虚拟节点映射。


我们来看下萧何的提出的问题，真实的 B-D 区域比较小，用虚拟节点后，N5/N6/N7 属于 B 节点，N8/N9/N10 属于 D 节点，他们分到的虚拟节点一样多，而且区域大致相等。所以士兵的分配也比较均匀。

本篇通过韩信点兵的故事，然后从故事中衍生出刘邦、韩信、萧何的对话，来讲解士兵的分组的问题。现在对故事中的知识点做一个总结：

- 哈希算法会带来增加或删除节点时，**数据迁移**量太大的问题。

- 一致性哈希算法**降低**了数据迁移量。

- 节点较少，哈希环上每个节点实际占据的区间大小不一，最终导致业务对节点的访问**冷热不均**。

- 引入**虚拟节点映射**解决了分布不均问题。

- 节点**越多**时，使用哈希算法时，需要迁移的数据就**越多**，而使用一致性哈希算法，迁移的数据就**越少**。

- 一致性哈希算法本质上是一种**路由寻址**算法，适合简单的路由寻址场景。

- 一致性哈希算法常用在负载均衡的架构设计中。

封面图片来源王者荣耀。

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