分布式缓存如何分片？一致性哈希有什么作用？

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缓存分片是按 Key 将数据和请求路由到多个节点，常见方式有客户端一致性哈希、代理分片和服务端固定哈希槽。普通 %N 在节点数变化时会重映射大量 Key；一致性哈希或固定槽把变更限制到部分区间，降低迁移和缓存失效，但仍需虚拟节点/槽均衡、拓扑版本和故障处理。

客户端分片路径短、性能高，但所有客户端必须及时获得一致拓扑；代理分片治理集中，却增加一跳和代理容量；Redis Cluster 等服务端分片用固定 slot 管理迁移，客户端根据重定向更新路由。选型要看运维、跨语言客户端、扩容频率和多 Key 操作。

一致性哈希把节点和 Key 映射到环，节点增删只影响相邻区间；虚拟节点改善真实节点少时的倾斜并表达权重。固定哈希槽则先将 Key 映射到稳定槽，再迁移槽的所有权，更容易审计和控制。两者都不能拆散单个 Hot/Big Key，也不能保证业务 Key 自然均匀。

扩缩容需记录新旧拓扑版本，分批迁移并处理迁移期间的读写路由、重试和校验。跨分片 MGET、事务和 Lua 受限，应通过 hash tag/聚合根控制同槽，但滥用会产生热点。监控槽/虚拟节点的 Key 数、内存、QPS和最大/平均比。

单节点内存、CPU 和网卡都有上限。分片将 Key 空间划分给多个主节点，让总容量随节点数扩展；副本解决可用性，不等于分片容量。一次请求先根据 Key 计算路由，再访问负责该区间的节点。

理想分片要求数据量、QPS 和带宽都均衡。仅 Key 数平均不够：一个 2GB Big Key 或 8 万 QPS Hot Key 仍会压垮单节点。分片算法以 Key 为最小单位，不能自动拆单 Key。

记忆钩子：分片扩展“不同 Key 的总容量”，副本提高“同一分片的可用性”，两者职责不同。

客户端一致性哈希适合简单缓存池；企业多语言环境常用代理统一配额与迁移；Redis Cluster 使用 16384 个固定槽，由客户端缓存映射并处理 MOVED/ASK。不存在无成本方案。

规则 node = hash(key) % N 把节点数写进映射。N 从 10 变 11 时，大部分 Key 的余数变化，导致大面积缓存 miss 和数据迁移。理论上只有约 1/11 Key 仍可能留在原映射，具体取决于 hash 分布。

hash(key)=37
N=10 -> node7
N=11 -> node4

取模并非永远错误：节点集合固定、数据可全量重建的小系统可以使用；但频繁扩缩容时需要间接层减少重映射。

一致性哈希把 hash 空间首尾相连。Key 顺时针找到第一个节点；新增节点只接管其逆时针到自身的区间，删除节点则把原区间交给后继。理想均匀情况下新增第 N+1 个节点约迁移 1/(N+1) 数据，而不是大部分。

真实节点少时区间大小方差很大，所以每个物理节点映射成数百个虚拟节点散布在环上。高配置机器可分配更多虚拟节点表达权重。虚拟节点映射必须由所有路由方以同一版本使用，否则同一 Key 会被发往不同节点。

physical A -> A#1, A#2, ... A#160
physical B -> B#1, B#2, ... B#160
key -> hash ring point -> next vnode -> physical node

固定槽将 key -> slot 与 slot -> node 分开。扩容时 key 到 slot 的映射不变，只迁移部分槽的所有权；运维系统可记录进度、限速和回滚。Redis Cluster 使用 CRC16 与 16384 个 slot。

迁移期间源节点和目标节点会标记 importing/migrating。客户端访问迁移 Key 可能收到 ASK 临时重定向，迁移完成后收到 MOVED 并更新长期槽映射。客户端需限制重定向次数并刷新拓扑，不能把 ASK 当永久路由缓存。

槽数固定也有粒度：单个槽内若有 Big Key，迁移仍可能卡住；因此槽均衡和 Key 治理要一起做。

跨分片事务、Lua 和集合运算很难原子执行。Redis Cluster 通过 hash tag 让 {order:42}:detail 和 {order:42}:items 使用花括号内容计算同一槽，从而支持同槽多 Key 操作。

hash tag 应围绕小的聚合根。若所有订单都写 {order}，会全部落在一个槽，彻底破坏分片。相反，热点复制 Key 若使用相同 tag，也会仍在同节点。

业务需要大量跨分片查询时，说明缓存 Key 模型或数据访问模式需要重新设计；可预聚合、并行读取但限制 fan-out，不能期待缓存集群提供廉价分布式事务。

扩容先评估节点容量和迁移带宽，生成槽/虚拟节点计划；小批迁移并监控源/目标 CPU、网络、延迟和复制 lag；校验 Key 数、抽样 checksum 和业务命中；逐步扩大。迁移流量必须给在线请求让路。

假设迁移 120GB，安全带宽 40MB/s，纯传输至少 120×1024/40 ≈ 3072s，约 51 分钟。实际还有扫描、重试和副本同步，应提前触发扩容。

topology_version: 184
slots_migrated: 2048
slots_total_plan: 4096
max_shard_to_avg_memory: 1.18
redirect_error_rate: 0.002%

缓存分片按“Key 先映射、区间再归节点”理解。普通取模怕 N 改变；一致性哈希用环和虚拟节点缩小重映射；固定槽把 Key 映射与节点所有权解耦，更方便迁移。无论哪种方案，都要处理拓扑版本、迁移期间重定向、跨分片操作和 Hot/Big Key，不能把均衡完全交给哈希概率。