摘要：在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，一份數(shù)據(jù)往往會(huì)存儲(chǔ)多份拷貝所謂冗余，或者現(xiàn)在，假設(shè)我們有一個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，存有三個(gè)數(shù)據(jù)分別是，。

Riak 是一個(gè) erlang 開(kāi)發(fā)的開(kāi)源的分布式 key-value 數(shù)據(jù)庫(kù)，
在 High Availability, Fault Tolerance, Scalability 方面表現(xiàn)優(yōu)異。
其實(shí)現(xiàn)受 Amazon Dynamodb 啟發(fā)，是一個(gè)很有代表性的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。

Riak 集群是一個(gè)去中心化的集群。每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)都是平等的，可以自由地添加和刪除。
這使得 Riak 的故障轉(zhuǎn)移(Failure Over)和擴(kuò)展非常容易。
在 CAP 理論方面，Riak 可以自由地在 CP 和 AP 之間做平衡。

下面還是讓我們從簡(jiǎn)單的例子開(kāi)始，來(lái)理解下 Riak 的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)模型，包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的，CAP理論的關(guān)系等。

首先讓我們先定義一個(gè)概念：N，表示數(shù)據(jù)的"份數(shù)"。在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，一份數(shù)據(jù)往往會(huì)存儲(chǔ)多份拷貝(所謂冗余，或者 replications)

現(xiàn)在，假設(shè)我們有一個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(node1)，存有三個(gè)數(shù)據(jù)(key分別是 P0, P1, P2)，N = 1。那么可以想象，這三個(gè)數(shù)據(jù)都是存放在 node1 中。如下圖所示：

當(dāng) N = 2 時(shí)，假設(shè) P0, P1, P2 的冗余數(shù)據(jù)分別是 R0, R1, R2， 那么可以想象，這6個(gè)數(shù)據(jù)也應(yīng)該都存儲(chǔ)在 node1 中，如 下圖所示：

這時(shí)候，讓我們把服務(wù)器節(jié)點(diǎn)增加到2個(gè)(node1, node2)，那么可以想象，6個(gè)數(shù)據(jù)有很多中組合方式，例如下面這兩種：

也許你發(fā)現(xiàn)了，他們有個(gè)共同點(diǎn)：同一個(gè)數(shù)據(jù)的冗余數(shù)據(jù)放在不同的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中。這樣就算一個(gè)節(jié)點(diǎn)刪除(當(dāng)機(jī))了，集群的數(shù)據(jù)仍然能保證完整性。
這為故障轉(zhuǎn)移(Failure over)提供了基礎(chǔ)。

那么現(xiàn)在的問(wèn)題來(lái)了，是否有什么科學(xué)(公式化)的方式來(lái)找到分配這些數(shù)據(jù)的組合(之一)呢？

Riak 通過(guò)被稱(chēng)作 Riak Ring 的東西來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

首先，Riak 將所有的 key 通過(guò) hash 函數(shù)映射到一個(gè) 160 bit 的整數(shù)空間中。
即一個(gè) key 對(duì)應(yīng)著一個(gè) 0 ~ 2^160 - 1 的整數(shù)。

然后，Riak 引入了 vnode(虛擬節(jié)點(diǎn)) 的概念，vnode 個(gè)數(shù)是可以配置的，默認(rèn)是 64。
160 bit 的整數(shù)會(huì)均勻的分布到所有的 vnode。

最后，這些 vnode 會(huì)"均勻地"分配到 物理節(jié)點(diǎn)上。具體的分配的方法很巧妙，通過(guò) Riak Ring 這樣的東西。

下面我們用一幅圖來(lái)具體解釋下 Riak Ring。圖中，假設(shè) vnode 32 個(gè)，服務(wù)器節(jié)點(diǎn) 4個(gè)。

讓我們把 160 bit 想像成一個(gè)環(huán)，環(huán)上的一小段代表一個(gè) vnode。四種顏色分別代表 4 個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。

2^160 個(gè)整數(shù)按照從小到大的順序均勻地分布到 32 個(gè) vnode 中，例如 2^159 是第 17 個(gè) vnode 上的第一個(gè)整數(shù)。

32 個(gè) vnode 按照從小到大的順序依次被分配到 4 個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上。即：

1, 5, 9...29 vnode 分配給第1個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(node1)

2, 6, 10...30 vnode 分配給第1個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(node2)

3, 7, 11...31 vnode 分配給第1個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(node3)

4, 8, 12...32 vnode 分配給第1個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(node4)

現(xiàn)在還剩下一個(gè)問(wèn)題：

冗余數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

我們先假設(shè) N = 3(即有2份冗余存儲(chǔ))

假設(shè)要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，key 為 test-key ，根據(jù) Riak Ring 算出來(lái)，應(yīng)該存儲(chǔ)在 vnode6(即：node2)上。
那么 拷貝1 存儲(chǔ)在 vnode7(即：node3)上，拷貝2 存儲(chǔ)在 vnode8(即：node4)上。

所以 Riak 對(duì)于冗余數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)策略是：將冗余數(shù)據(jù)依次存到下一個(gè)vnode中。