當前很多大型的web系統為了減輕數據庫服務器負載，會采用memchached作為緩存系統以提高響應速度。
目錄： （/lesson.html）
memchached簡介
hash
取模
壹致性hash
虛擬節點
源碼解析
參考資料
1. memchached簡介
memcached是壹個開源的高性能分布式內存對象緩存系統。
其實思想還是比較簡單的，實現包括server端（memcached開源項目壹般只單指server端）和client端兩部分:
server端本質是壹個in-memory key-value store，通過在內存中維護壹個大的hashmap用來存儲小塊的任意數據，對外通過統壹的簡單接口（memcached protocol）來提供操作。
client端是壹個library，負責處理memcached protocol的網絡通信細節，與memcached server通信，針對各種語言的不同實現分裝了易用的API實現了與不同語言平臺的集成。
web系統則通過client庫來使用memcached進行對象緩存。
2. hash
memcached的分布式主要體現在client端，對於server端，僅僅是部署多個memcached server組成集群，每個server獨自維護自己的數據（互相之間沒有任何通信），通過daemon監聽端口等待client端的請求。
而在client端，通過壹致的hash算法，將要存儲的數據分布到某個特定的server上進行存儲，後續讀取查詢使用同樣的hash算法即可定位。
client端可以采用各種hash算法來定位server：
取模
最簡單的hash算法
targetServer = serverList[hash(key) % serverList.size]
直接用key的hash值（計算key的hash值的方法可以自由選擇，比如算法CRC32、MD5,甚至本地hash系統，如java的hashcode）模上server總數來定位目標server。這種算法不僅簡單，而且具有不錯的隨機分布特性。
但是問題也很明顯，server總數不能輕易變化。因為如果增加/減少memcached server的數量，對原先存儲的所有key的後續查詢都將定位到別的server上，導致所有的cache都不能被命中而失效。
壹致性hash
為了解決這個問題，需要采用壹致性hash算法（consistent hash）
相對於取模的算法，壹致性hash算法除了計算key的hash值外，還會計算每個server對應的hash值，然後將這些hash值映射到壹個有限的值域上（比如0~2^32）。通過尋找hash值大於hash(key)的最小server作為存儲該key數據的目標server。如果找不到，則直接把具有最小hash值的server作為目標server。
為了方便理解，可以把這個有限值域理解成壹個環，值順時針遞增。
如上圖所示，集群中壹***有5個memcached server，已通過server的hash值分布到環中。
如果現在有壹個寫入cache的請求，首先計算x=hash(key)，映射到環中，然後從x順時針查找，把找到的第壹個server作為目標server來存儲cache，如果超過了2^32仍然找不到，則命中第壹個server。比如x的值介於A~B之間，那麽命中的server節點應該是B節點
可以看到，通過這種算法，對於同壹個key，存儲和後續的查詢都會定位到同壹個memcached server上。
那麽它是怎麽解決增/刪server導致的cache不能命中的問題呢？
假設，現在增加壹個server F，如下圖
此時，cache不能命中的問題仍然存在，但是只存在於B~F之間的位置（由C變成了F），其他位置（包括F~C）的cache的命中不受影響（刪除server的情況類似）。盡管仍然有cache不能命中的存在，但是相對於取模的方式已經大幅減少了不能命中的cache數量。
虛擬節點
但是，這種算法相對於取模方式也有壹個缺陷：當server數量很少時，很可能他們在環中的分布不是特別均勻，進而導致cache不能均勻分布到所有的server上。
如圖，壹***有3臺server – 1，2，4。命中4的幾率遠遠高於1和2。
為解決這個問題，需要使用虛擬節點的思想：為每個物理節點（server）在環上分配100～200個點，這樣環上的節點較多，就能抑制分布不均勻。
當為cache定位目標server時，如果定位到虛擬節點上，就表示cache真正的存儲位置是在該虛擬節點代表的實際物理server上。
另外，如果每個實際server的負載能力不同，可以賦予不同的權重，根據權重分配不同數量的虛擬節點。
// 采用有序map來模擬環
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5來計算key和server的hash值
// 計算總權重
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;
}
// 為每個server分配虛擬節點
for ( int i = 0; i < servers.length; i++ ) {
// 計算當前server的權重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null && this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用來控制每個server分配的虛擬節點數量
// 權重都相同時，factor=40
// 權重不同時，factor=40*server總數*該server權重所占的百分比
// 總的來說，權重越大，factor越大，可以分配越多的虛擬節點
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j < factor; j++ ) {
// 每個server有factor個hash值
// 使用server的域名或IP加上編號來計算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor個數據用來生成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() );
// 每個hash值生成4個虛擬節點
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));
// 在環上保存節點
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每個server壹***分配4*factor個虛擬節點
}
// 采用有序map來模擬環
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5來計算key和server的hash值
// 計算總權重
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;
}
// 為每個server分配虛擬節點
for ( int i = 0; i < servers.length; i++ ) {
// 計算當前server的權重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null && this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用來控制每個server分配的虛擬節點數量
// 權重都相同時，factor=40
// 權重不同時，factor=40*server總數*該server權重所占的百分比
// 總的來說，權重越大，factor越大，可以分配越多的虛擬節點
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j < factor; j++ ) {
// 每個server有factor個hash值
// 使用server的域名或IP加上編號來計算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor個數據用來生成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() );
// 每個hash值生成4個虛擬節點
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));
// 在環上保存節點
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每個server壹***分配4*factor個虛擬節點
}
// 用MD5來計算key的hash值
MessageDigest md5 = MD5.get();
md5.reset();
md5.update( key.getBytes() );
byte[] bKey = md5.digest();
// 取MD5值的低32位作為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的第壹個虛擬節點對應的即是目標server
SortedMap tmap = this.consistentBuckets.tailMap( hv );
return ( tmap.isEmpty() ) ? this.consistentBuckets.firstKey() : tmap.firstKey();
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