技术解析

求个尽量均匀的分区算法
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2021-06-09 18:47:06
idczone

由美国服务器于数据量庞大,打算分区存储,希望有个高效且尽量均匀的分区算法。

比如有 1 亿条数据,100 个区,那最好每个区都能分到 100 万条左右的数据,越接近越好。

数据的主键是长度为 12 的字符串,我试过把每个字符的 ASCII 码加起来再取模,结果发现均匀度很差,热区能比冷区多 50 倍。

求各位大神推荐个算法,不胜感谢


数据的主键是长度为 12 的字符串
特征得再详细点:是递增的吗?是随机的吗?是 uuid/guid 算出来的吗?中间有表示 timestamp 含义的吗?等等…

hash 取模?

前 3 位是表示数据类型的,相对集中,我看了一下大概只有 10 几种在用的组合。后 9 位是递增的。

我求的本质上就是个 hash 算法呀,还是说你指的是那些通用 hash 算法,md5 之类的?

uniform hash % 100?

嗯对

我求的就是这个 uniform hash,有没有具体的思路或代码呢?

试过 md5,确实均匀多了,但有点用 40 米的大砍刀杀鸡的感觉,一个分区算法不应该用那么大的计算量

多迭代几次就均匀了。打个比方:你放一坨面里面放一个无限小的小球,然后开始拉面。拉上几次你就不知道那个小球在哪了。

我觉得可以先试试常用的 non-crypto hash % 100 看均匀不均匀吧,比如像 libstdc++ 用的就是 Murmur Hash,或者简单粗暴好实现的 FNV Hash 。实在不行也可以试试看 MD5,虽然 MD5 在密码学上面看不太行,但是作为普通的 hash function 来用一般还是认为挺均匀的。
刚刚搜了一下,这里有篇文章做了一下实验,结论是 Murmur Hash 和 MD5 都挺均匀的: https://www.rolando.cl/blog/2018/12/how_uniform_is_md5.html

找一致性 hash 算法,虚拟节点,siphash

谢谢,概念问题我都懂,就是需要一个具体的好用的算法

crc16 也能用嘛

https://source.chromium.org/chromium/chromium/src/+/master:base/third_party/superfasthash/superfasthash.c

参考下 Java 8 HashMap hash 算法

每个区存 100 万,存满了再用下一个
对于一些按时间区域查询,效率更高

fnv1a hash

RangePartitioner

你是想做类似: 分区 Id = Num % 100 。这种能快速简单计算的运算吗?
看你在 3 楼说的字符串后 9 位是递增的,这样的话就简单了,取字符串最后 2 位,转成数字 Num,用 Num % 100 就是你想要的结果。
如果你的字符串后 9 位不是 10 进制的,也可以按照类似的逻辑转化处理下,当然要注意分区数量是进制的整数倍,不然就会出现一部分数据过于集中的情况。

首先查询的场景多不多,如果只是考虑单纯的均匀度合适问题要不要考虑 HashMap 处理 key 落到具体的桶的算法?
(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 通过高低位扰动来提高随机性。

找一个固定 key,把 key+字符串做 MD5 或者 hash,然后取固定位数模,基本差不多了

md5 速度贼快,不然不会运用这么广泛

核心在于哈希均衡
1.hashMap 的 hash 算法: 先让高低位异或 & n-1
2.哈希算法 md5 再取模
3.一致性哈希,专门解决这个问题...

哈希环分片的区尽量多,把这些区视为逻辑分区,多个逻辑分区对应一个物理分区。

MD5 不是可以硬件加速吗,问题不大吧

建议 hash 环分片,openstack 项目就是这么做得。

其实没有办法做到完全的平均。我记得 google sre 那本书上好像有这样的例子

嗯?求教,OpenStack 在哪里用的这个环分片啊,我想看看代码学习下

一致性哈希+murmur

自增取模即可

B 树不适用吗……

unsigned int seed = 131;
unsigned int hash = 0;
while (*str)
{
hash = hash * seed + (*str++);
}
return (hash & 0x7FFFFFFF);

后 9 位不是严格递增的,还有一些规则在里面,所以分布并不均匀。
这个 hash 要求速度极快,所以还是要在基本算法上做文章。最后采取了反向活跃加权再取模的办法,目前测试效果还不错。
思路说起来也很简单,对字符串中的每一位,越常变化的权重越低,比如最活跃的权重是 C,第二活跃的权重是 C*C……各字符加权求和后再%100,就行了。权重常数 C 从 2 到 100 用真实数据测一遍,就能找到最适合的了。现在各区都在正负 10%内,很满意了。

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