有段时间没认真写博客了,最近在看一些分布式方面的文章,所以就用php实现一致性hash来练练手,以前一般用的是最原始的hash取模做分布式,当生产过程中添加或删除一台memcache都会造成数据的全部失效,一致性hash就是为了解决这个问题,把失效数据降到最低,相关资料可以google一下!

php实现效率有一定的缺失,如果要高效率,还是写扩展比较好
经测试,5个memcache,每个memcache生成200个虚拟节点,set加get1000次,采用一致性哈希分布效率比原生单台速度相差5倍,效率有待优化
实现过程:

  1. memcache的配置 ip+端口+虚拟节点序列号 做hash,使用的是crc32,形成一个闭环。
  2. 对要操作的key进行crc32
  3. 二分法在虚拟节点环中查找最近的一个虚拟节点
  4. 从虚拟节点中提取真实的memcache ip和端口,做单例连接

代码如下:

<?php
/**
 * 一致性哈希memcache分布式,采用的是虚拟节点的方式解决分布均匀性问题,查找节点采用二分法快速查找
 * the last known user to change this file in the repository  <$LastChangedBy: nash.xiong $>
 * @author nash.xiong <nash.xiong@gmail.com>
 * @copyright Copyright &copy; 2003-2012 phpd.cn
 * @license 
 */
class memcacheHashMap {

	private $_node = array();
	private $_nodeData = array();
	private $_keyNode = 0;
	private $_memcache = null;
	
	//每个物理服务器生成虚拟节点个数 [注:节点数越多,cache分布的均匀性越好,同时set get操作时,也更耗资源,10台物理服务器,采用200较为合理]
	private $_virtualNodeNum = 200; 
	
	private function __construct() {
		/* 放入配置文件 */
		$config = array(
						'127.0.0.1:11211',
						'127.0.0.1:11212',
						'127.0.0.1:11213',
						'127.0.0.1:11214',
						'127.0.0.1:11215'
					);
					
		if (!$config) throw new Exception('Cache config NULL');
		foreach ($config as $key => $value) {
			for ($i = 0; $i < $this->_virtualNodeNum; $i++) {
				$this->_node[sprintf("%u", crc32($value . '_' . $i))] = $value . '_' . $i;
			}
		}
		ksort($this->_node);
	}

	private function __clone(){}
	
	/**
	 * 单例,保证只有一个实例
	 */
	static public function getInstance() {
		static $memcacheObj = null;
		if (!is_object($memcacheObj)) {
			$memcacheObj = new self();
		}
		return $memcacheObj;
	}
	
	/**
	 * 根据key做一致性hash后连接到一台物理memcache服务器
	 * @param string $key
	 */
	private function _connectMemcache($key) {
		$this->_nodeData = array_keys($this->_node);
		$this->_keyNode = sprintf("%u", crc32($key));
		$nodeKey = $this->_findServerNode();
		//如果超出环,从头再用二分法查找一个最近的,然后环的头尾做判断,取最接近的节点
		if ($this->_keyNode > end($this->_nodeData)) {
			$this->_keyNode -= end($this->_nodeData);
			$nodeKey2 = $this->_findServerNode();
			if (abs($nodeKey2 - $this->_keyNode) < abs($nodeKey - $this->_keyNode))  $nodeKey = $nodeKey2;
		}
		var_dump($this->_node[$nodeKey]);
		list($config, $num) = explode('_', $this->_node[$nodeKey]);
		if (!$config) throw new Exception('Cache config Error');
		if (!isset($this->_memcache[$config])) {
			$this->_memcache[$config] = new Memcache;
			list($host, $port) = explode(':', $config);
			$this->_memcache[$config]->connect($host, $port);
		}
		return $this->_memcache[$config];
	}
	
	/**
	 * 采用二分法从虚拟memcache节点中查找最近的节点
	 * @param unknown_type $m
	 * @param unknown_type $b
	 */
	private function _findServerNode($m = 0, $b = 0) {
	    $total = count($this->_nodeData);
	    if ($total != 0 && $b == 0) $b = $total - 1;
	    if ($m < $b){
	        $avg = intval(($m+$b) / 2);
	        if ($this->_nodeData[$avg] == $this->_keyNode) return $this->_nodeData[$avg];
	        elseif ($this->_keyNode < $this->_nodeData[$avg] && ($avg-1 >= 0)) return $this->_findServerNode($m, $avg-1);
	        else return $this->_findServerNode($avg+1, $b);
	    }
		if (abs($this->_nodeData[$b] - $this->_keyNode) < abs($this->_nodeData[$m] - $this->_keyNode))  return $this->_nodeData[$b];
		else return $this->_nodeData[$m];
	}
	
	public function set($key, $value, $expire = 0) {
		return $this->_connectMemcache($key)->set($key, json_encode($value), 0, $expire);
	}
	
	public function add($key, $value, $expire = 0) {
		return $this->_connectMemcache($key)->add($key, json_encode($value), 0, $expire);
	}
	
	public function get($key) {
		return json_decode($this->_connectMemcache($key)->get($key), true);
	}
	
	public function delete($key) {
		return $this->_connectMemcache($key)->delete($key);
	}
	
}

$runData['BEGIN_TIME'] = microtime(true);
//测试一万次set加get
for($i=0;$i<10000;$i++) {
	$key = md5(mt_rand());
	$b = memcacheHashMap::getInstance()->set($key, time(), 10);
}

var_dump(number_format(microtime(true) - $runData['BEGIN_TIME'],6));
$runData['BEGIN_TIME'] = microtime(true);
$m= new Memcache;
$m->connect('127.0.0.1', 11211);
for($i=0;$i<10000;$i++) {
	$key = md5(mt_rand());
	$b = $m->set($key, time(), 0, 10);
}
var_dump(number_format(microtime(true) - $runData['BEGIN_TIME'],6));
//测试结果,采用一致性哈希分布效率比原生单台速度相差5倍