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1、随机数本身就是随机的。
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2、如果有自增需求的话可以参考memcached uuid生成器,或者数据库id自增。
3、或者预定义一个数组,然后随机获取数组的数据,可以有效控制最后获取的值。
当前做分布式的厂商有几家,我知道比较出名的有“华为云分布式数据库DDM”和“阿里云分布式数据库”,感兴趣可以自行搜素了解下。
分布式数据库的几点概念可以了解一下。
数据分库:
以表为单位,把原有数据库切分成多个数据库。切分后不同的表存储在不同的数据库上。
以表中的数据行记录为单位,把原有逻辑数据库切分成多个物理数据库分片,表数据记录分布存储在各个分片上。
路由分发:
在分布式数据库中,路由的作用即将SQL语句进行解析,并转发到正确的分片上,保证SQL执行后得到正确的结果,并且节约QPS资源。
读写分离:
数据库中对计算和缓存资源消耗较多的往往是密集或复杂的SQL查询。当系统资源被查询语句消耗,反过来会影响数据写入操作,进而导致数据库整体性能下降,响应缓慢。因此,当数据库CPU和内存资源占用居高不下,且读写比例较高时,可以为数据库添加只读数据库。
memcached的总结和分布式一致性hash
当前很多大型的web系统为了减轻数据库服务器负载,会采用memchached作为缓存系统以提高响应速度。
目录: ()
memchached简介
hash
取模
一致性hash
虚拟节点
源码解析
参考资料
1. memchached简介
memcached是一个开源的高性能分布式内存对象缓存系统。
其实思想还是比较简单的,实现包括server端(memcached开源项目一般只单指server端)和client端两部分:
server端本质是一个in-memory key-value store,通过在内存中维护一个大的hashmap用来存储小块的任意数据,对外通过统一的简单接口(memcached protocol)来提供操作。
client端是一个library,负责处理memcached protocol的网络通信细节,与memcached server通信,针对各种语言的不同实现分装了易用的API实现了与不同语言平台的集成。
web系统则通过client库来使用memcached进行对象缓存。
2. hash
memcached的分布式主要体现在client端,对于server端,仅仅是部署多个memcached server组成集群,每个server独自维护自己的数据(互相之间没有任何通信),通过daemon监听端口等待client端的请求。
而在client端,通过一致的hash算法,将要存储的数据分布到某个特定的server上进行存储,后续读取查询使用同样的hash算法即可定位。
client端可以采用各种hash算法来定位server:
取模
最简单的hash算法
targetServer = serverList[hash(key) % serverList.size]
直接用key的hash值(计算key的hash值的方法可以自由选择,比如算法CRC32、MD5,甚至本地hash系统,如java的hashcode)模上server总数来定位目标server。这种算法不仅简单,而且具有不错的随机分布特性。
但是问题也很明显,server总数不能轻易变化。因为如果增加/减少memcached server的数量,对原先存储的所有key的后续查询都将定位到别的server上,导致所有的cache都不能被命中而失效。
一致性hash
为了解决这个问题,需要采用一致性hash算法(consistent hash)
相对于取模的算法,一致性hash算法除了计算key的hash值外,还会计算每个server对应的hash值,然后将这些hash值映射到一个有限的值域上(比如0~2^32)。通过寻找hash值大于hash(key)的最小server作为存储该key数据的目标server。如果找不到,则直接把具有最小hash值的server作为目标server。
为了方便理解,可以把这个有限值域理解成一个环,值顺时针递增。
如上图所示,集群中一共有5个memcached server,已通过server的hash值分布到环中。
如果现在有一个写入cache的请求,首先计算x=hash(key),映射到环中,然后从x顺时针查找,把找到的第一个server作为目标server来存储cache,如果超过了2^32仍然找不到,则命中第一个server。比如x的值介于A~B之间,那么命中的server节点应该是B节点
可以看到,通过这种算法,对于同一个key,存储和后续的查询都会定位到同一个memcached server上。
那么它是怎么解决增/删server导致的cache不能命中的问题呢?
假设,现在增加一个server F,如下图
此时,cache不能命中的问题仍然存在,但是只存在于B~F之间的位置(由C变成了F),其他位置(包括F~C)的cache的命中不受影响(删除server的情况类似)。尽管仍然有cache不能命中的存在,但是相对于取模的方式已经大幅减少了不能命中的cache数量。
虚拟节点
但是,这种算法相对于取模方式也有一个缺陷:当server数量很少时,很可能他们在环中的分布不是特别均匀,进而导致cache不能均匀分布到所有的server上。
如图,一共有3台server – 1,2,4。命中4的几率远远高于1和2。
为解决这个问题,需要使用虚拟节点的思想:为每个物理节点(server)在环上分配100~200个点,这样环上的节点较多,就能抑制分布不均匀。
当为cache定位目标server时,如果定位到虚拟节点上,就表示cache真正的存储位置是在该虚拟节点代表的实际物理server上。
另外,如果每个实际server的负载能力不同,可以赋予不同的权重,根据权重分配不同数量的虚拟节点。
// 采用有序map来模拟环
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5来计算key和server的hash值
// 计算总权重
if ( this.totalWeight for ( int i = 0; i this.weights.length; i++ )
this.totalWeight += ( this.weights[i] == null ) ? 1 : this.weights[i];
} else if ( this.weights == null ) {
this.totalWeight = this.servers.length;
}
// 为每个server分配虚拟节点
for ( int i = 0; i servers.length; i++ ) {
// 计算当前server的权重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用来控制每个server分配的虚拟节点数量
// 权重都相同时,factor=40
// 权重不同时,factor=40*server总数*该server权重所占的百分比
// 总的来说,权重越大,factor越大,可以分配越多的虚拟节点
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j factor; j++ ) {
// 每个server有factor个hash值
// 使用server的域名或IP加上编号来计算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor个数据用来生成hash值:
// 172.45.155.25:11111-1, 172.45.155.25:11111-2, ..., 172.45.155.25:11111-factor
byte[] d = md5.digest( ( servers[i] + "-" + j ).getBytes() );
// 每个hash值生成4个虚拟节点
for ( int h = 0 ; h 4; h++ ) {
Long k =
((long)(d[3+h*4]0xFF) 24)
| ((long)(d[2+h*4]0xFF) 16)
| ((long)(d[1+h*4]0xFF) 8 )
| ((long)(d[0+h*4]0xFF));
// 在环上保存节点
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每个server一共分配4*factor个虚拟节点
}
// 采用有序map来模拟环
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5来计算key和server的hash值
// 计算总权重
if ( this.totalWeight for ( int i = 0; i this.weights.length; i++ )
this.totalWeight += ( this.weights[i] == null ) ? 1 : this.weights[i];
} else if ( this.weights == null ) {
this.totalWeight = this.servers.length;
}
// 为每个server分配虚拟节点
for ( int i = 0; i servers.length; i++ ) {
// 计算当前server的权重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用来控制每个server分配的虚拟节点数量
// 权重都相同时,factor=40
// 权重不同时,factor=40*server总数*该server权重所占的百分比
// 总的来说,权重越大,factor越大,可以分配越多的虚拟节点
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j factor; j++ ) {
// 每个server有factor个hash值
// 使用server的域名或IP加上编号来计算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor个数据用来生成hash值:
// 172.45.155.25:11111-1, 172.45.155.25:11111-2, ..., 172.45.155.25:11111-factor
byte[] d = md5.digest( ( servers[i] + "-" + j ).getBytes() );
// 每个hash值生成4个虚拟节点
for ( int h = 0 ; h 4; h++ ) {
Long k =
((long)(d[3+h*4]0xFF) 24)
| ((long)(d[2+h*4]0xFF) 16)
| ((long)(d[1+h*4]0xFF) 8 )
| ((long)(d[0+h*4]0xFF));
// 在环上保存节点
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每个server一共分配4*factor个虚拟节点
}
// 用MD5来计算key的hash值
MessageDigest md5 = MD5.get();
md5.reset();
md5.update( key.getBytes() );
byte[] bKey = md5.digest();
// 取MD5值的低32位作为key的hash值
long hv = ((long)(bKey[3]0xFF) 24) | ((long)(bKey[2]0xFF) 16) | ((long)(bKey[1]0xFF) 8 ) | (long)(bKey[0]0xFF);
// hv的tailMap的第一个虚拟节点对应的即是目标server
SortedMap tmap = this.consistentBuckets.tailMap( hv );
return ( tmap.isEmpty() ) ? this.consistentBuckets.firstKey() : tmap.firstKey();
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php分布式是指多台服务器处理不同的工作,指的是业务上的一般,比如多台服务器有的处理日志分布到一些服务器,有的处理下单,分布到一些服务器。