一般用于分布式缓存系统当中的缓存击穿问题，简单哈希在服务节点数量产生变化的时候，其缓存命中率很低，从而导致大量接口直接请求数据库，造成缓存击穿的情况。
例如我们有 10 台缓存服务器，我们可以对请求关键字 (key) 进行哈希操作，将其值对 10 取模，得到的结果即服务器的索引。
服务器信息=hash(key) % 10
但是一旦增加/减少了一台服务器，其所有缓存数据的位置都会发生相应的改变。例如原本 Id 为 2 的用户信息，取模的结果为 hash(2)%10=4 ，当增加了一台服务器之后 hash(2)%11=? ，这里的缓存位置就被改变了，这个时候就需要一致性哈希来解决问题了。
一致性哈希可以解决的问题：
提高缓存命中率。
缓存数据应该均匀地分配在各个服务器中。
二、原理注意：
由于粗心，将服务器 C 的 IP 地址也设置成了 192.168.100.102，其 IP 应该是 192.168.100.103。
创建一个环，这个哈希环有 2^32 个节点。
求出服务器的哈希值，并将其与哈希环的节点数量取模，根据得到的位置，把服务分配在一个哈希环当中。
根据存储数据的键，求出其哈希值，也将其映射在哈希环上。
根据键在哈希环的位置，顺时针查找第一个服务节点，将数据存储到对应的服务器当中。
如果增加了一台新的服务器 D，仅会影响 D 之前的区间数据。
当我们需要获得某个缓存数据在哪个服务器的时候，仅需要对这个数据的关键字取其 Hash 值，并对 2^32 取模，找到它下一个节点即是数据所对应的服务器节点。
2.1 新的问题使用上述方案的确可以解决由于服务 节点增加/减少 造成的缓存击穿，这是节点分布位置均衡的情况。如果节点的在哈希环上 分布位置不均匀 ，就会造成下图这种极端情况。
上图中，黄色的小点代表缓存的数据，A、B、C 并没有均匀地分布在哈希环上。可以看到 C -> A 区间是最大的，这就会造成大部分数据都会存放到 A 节点当中，导致 服务器雪崩 的情况发生。
2.2 使用虚拟节点解决问题由于服务器节点可能存在分布不均的问题，我们可以将一些虚拟节点放在哈希环上，这些虚拟节点其实是 映射 的真实服务器的地址。
从下图来看，黑底白字的服务器节点 A、B、C 只是真实节点的三个副本，虚拟节点 B -> C 区间的内容，实际上是存放到真实 C 节点的。我们就可以通过增加虚拟节点来解决服务器节点分布不均的问题。
这里的 DEMO 我们使用的是 C# + .NET Core 进行实现，在这个 DEMO 当中演示了基于一致性哈希算法的缓存的
using System; using System.Collections.Generic; using System.Security.Cryptography; using System.Text; /* * 一致性哈希算法的 DEMO，主要用于演示一致性哈希算法的实现与实际应用。 */ namespace ConsistentHashing.Startup { public class NodeInfo { public string IPAddress { get; set; } } public class VirtualNodeInfo { public string NodeName { get; set; } public NodeInfo RealNodeInfo { get; set; } } public class ConsistentHashing { // 哈希环的大小 private readonly int _ringCount; // 每个物理节点对应的虚拟节点数量 private readonly int _virtualNodeCount; // 哈希环 public readonly VirtualNodeInfo[] HashRing; public ConsistentHashing(int ringCount = int.MaxValue, int virtualNodeCount = 3) { _ringCount = ringCount; _virtualNodeCount = virtualNodeCount; HashRing = new VirtualNodeInfo[_ringCount]; } public NodeInfo GetNode(string key) { var pos = Math.Abs(GetStandardHashCode(key) % _ringCount); // 顺时针查找最近的节点 return GetFirstNodeInfo(pos).RealNodeInfo; } /// <summary> /// 向哈希环上添加虚拟节点。 /// </summary> public void AddNode(NodeInfo info) { for (int index = 0; index < _virtualNodeCount; index++) { // 哈希环上没有物理节点，只有虚拟节点 var virtualNodeName = $"{info.IPAddress}#{index}"; var hashIndex = Math.Abs(GetStandardHashCode(virtualNodeName) % _ringCount); // 搜索空的哈希环位置 var emptyIndex = GetEmptyNodeIndex(hashIndex); if (emptyIndex == -1) { break; } HashRing[emptyIndex] = new VirtualNodeInfo{NodeName = virtualNodeName,RealNodeInfo = info}; } } public void RemoveNode(NodeInfo info) { // 构建虚拟节点的 KEY var virtualNames = new List<string>(); for (int i = 0; i < _virtualNodeCount; i++) { virtualNames.Add($"{info.IPAddress}#{i}"); } for (int i = 0; i < HashRing.Length; i++) { if(HashRing[i] == null) continue; if (virtualNames.Contains(HashRing[i].NodeName)) HashRing[i] = null; } } /// <summary> /// 计算指定 KEY 的 HASH 值 /// </summary> private int GetStandardHashCode(string key) { var sha1 = SHA256.Create(); var hashValue = sha1.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(key)); return BitConverter.ToInt32(hashValue); } /// <summary> /// 循环遍历哈希环，寻找空节点的索引，防止覆盖存在的节点信息。 /// </summary> private int GetEmptyNodeIndex(int startFindIndex) { while (true) { if (HashRing[startFindIndex] == null) { return startFindIndex; } var nextIndex = GetNextNodeIndex(startFindIndex); // 说明已经遍历了整个哈希环，说明没有空的节点了。 if (startFindIndex == nextIndex) { return -1; } startFindIndex = nextIndex; } } /// <summary> /// 根据指定的索引，获得哈希环的下一个索引。这里需要注意的是，因为哈希环是一个环形，当 /// 当前位置为环的末尾时，应该从 0 开始查找。 /// </summary> private int GetNextNodeIndex(int preIndex) { if (preIndex == HashRing.Length - 1) return 0; return ++preIndex; } private VirtualNodeInfo GetFirstNodeInfo(int currentIndex) { VirtualNodeInfo nodeInfo = null; int nextIndex = currentIndex; while (nodeInfo == null) { nodeInfo = HashRing[GetNextNodeIndex(nextIndex)]; nextIndex += 1; } return nodeInfo; } } internal class Program { private static void Main(string[] args) { var consistentHashing = new ConsistentHashing(400,10); consistentHashing.AddNode(new NodeInfo {IPAddress = "192.168.1.101"}); consistentHashing.AddNode(new NodeInfo {IPAddress = "192.168.1.102"}); consistentHashing.AddNode(new NodeInfo {IPAddress = "192.168.1.103"}); consistentHashing.AddNode(new NodeInfo {IPAddress = "192.168.1.104"}); foreach (var node in consistentHashing.HashRing) { Console.WriteLine(node?.NodeName ?? "NULL"); } // 存放 Id 为 15 的缓存服务器 var nodeInfo = consistentHashing.GetNode("15"); // 删除节点测试 consistentHashing.RemoveNode(new NodeInfo {IPAddress = "192.168.1.103"}); } } }