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单向散列函数(one-wayfunction)有一个输入和一个输出,其中输入称为消息(message),输出称为散列值 (hashvalue)。单向散列函数可以根据消息的内容计算出散列值,而散列值就可以被用来检查消息的完整性。
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这里的消息不一定是人类能够读懂的文字,也可以是图像文件或者声音文件。单向散列函数不需要知道消息实
际代表的含义。无论任何消息,单向散列函数都会将它作为单纯的比特序列来处理,即根据比特序列计算出散
列值。
散列值的长度和消息的长度无关。无论消息是1比特,还是100MB,甚至是IOOGB,单向散列函数都会计算出固 定长度的散列值。以SHA-I单向散列函数为例,它所计算出的散列值的长度永远是160比特(20字节)。
单向散列函数的相关术语有很多变体,不同参考资料中所使用的术语也不同,下面我们就介绍其中的儿个。 单向散列函数也称为 消息摘要函数(message digest function) 、 哈希函数 或者 杂凑函数 。 输入单向散列函数的消息也称为 原像 (pre-image) 。
单向散列函数输出的散列值也称为 消息摘要 (message digest)或者 指纹 (fingerprint)。 完整性 也称为一致性。
MD4是由Rivest于1990年设计的单向散列函数,能够产生128比特的散列值(RFC1186,修订版RFC1320)。不 过,随着Dobbertin提出寻找MD4散列碰撞的方法,因此现在它已经不安全了。
MD5是由Rwest于1991年设计的单项散列函数,能够产生128比特的散列值(RFC1321)。
MD5的强抗碰撞性已经被攻破,也就是说,现在已经能够产生具备相同散列值的两条不同的消息,因此它也已
经不安全了。
MD4和MD5中的MD是消息摘要(Message Digest)的缩写。
SHA-1是由NIST(NationalInstituteOfStandardsandTechnology,美国国家标准技术研究所)设计的一种能够产生 160比特的散列值的单向散列函数。1993年被作为美国联邦信息处理标准规格(FIPS PUB 180)发布的是 SHA,1995年发布的修订版FIPS PUB 180-1称为SHA-1。
SHA-1的消息长度存在上限,但这个值接近于2^64比特,是个非常巨大的数值,因此在实际应用中没有问题。
SHA-256、SHA-384和SHA-512都是由NIST设计的单向散列函数,它们的散列值长度分别为256比特、384比特和
512比特。这些单向散列函数合起来统称SHA-2,它们的消息长度也存在上限(SHA-256的上限接近于 2^64 比特,
SHA-384 和 SHA-512的上限接近于 2^128 比特)。这些单向散列函数是于2002年和 SHA-1 一起作为 FIPS PUB 180-2 发布的 SHA-1 的强抗碰撞性已于2005年被攻破, 也就是说,现在已经能够产生具备相同散列值的两条不同的消 息。不过,SHA-2还尚未被攻破。
由于go语言是一个强类型的语言,因此hashmap也是有类型的,具体体现在key和value都必须指定类型,比如声明一个key为string,value也是string的map,
需要这样做
大部分类型都能做key,某些类型是不能的,共同的特点是: 不能使用== 来比较,包括: slice, map, function
在迭代的过程中是可以对map进行删除和更新操作的,规则如下:
golang的map是hash结构的,意味着平均访问时间是O(1)的。同传统的hashmap一样,由一个个bucket组成:
那我们怎么访问到对应的bucket呢,我们需要得到对应key的hash值
各个参数的意思:
目前采用的是这一行:
| 6.50 | 20.90 | 10.79 | 4.25 | 6.50 |
map 是Go语言中基础的数据结构,在日常的使用中经常被用到。但是它底层是如何实现的呢?
总体来说golang的map是hashmap,是使用数组+链表的形式实现的,使用拉链法消除hash冲突。
golang的map由两种重要的结构,hmap和bmap(下文中都有解释),主要就是hmap中包含一个指向bmap数组的指针,key经过hash函数之后得到一个数,这个数低位用于选择bmap(当作bmap数组指针的下表),高位用于放在bmap的[8]uint8数组中,用于快速试错。然后一个bmap可以指向下一个bmap(拉链)。
Golang中map的底层实现是一个散列表,因此实现map的过程实际上就是实现散表的过程。在这个散列表中,主要出现的结构体有两个,一个叫 hmap (a header for a go map),一个叫 bmap (a bucket for a Go map,通常叫其bucket)。这两种结构的样子分别如下所示:
hmap :
图中有很多字段,但是便于理解map的架构,你只需要关心的只有一个,就是标红的字段: buckets数组 。Golang的map中用于存储的结构是bucket数组。而bucket(即bmap)的结构是怎样的呢?
bucket :
相比于hmap,bucket的结构显得简单一些,标红的字段依然是“核心”,我们使用的map中的key和value就存储在这里。“高位哈希值”数组记录的是当前bucket中key相关的“索引”,稍后会详细叙述。还有一个字段是一个指向扩容后的bucket的指针,使得bucket会形成一个链表结构。例如下图:
由此看出hmap和bucket的关系是这样的:
而bucket又是一个链表,所以,整体的结构应该是这样的:
哈希表的特点是会有一个哈希函数,对你传来的key进行哈希运算,得到唯一的值,一般情况下都是一个数值。Golang的map中也有这么一个哈希函数,也会算出唯一的值,对于这个值的使用,Golang也是很有意思。
Golang把求得的值按照用途一分为二:高位和低位。
如图所示,蓝色为高位,红色为低位。 然后低位用于寻找当前key属于hmap中的哪个bucket,而高位用于寻找bucket中的哪个key。上文中提到:bucket中有个属性字段是“高位哈希值”数组,这里存的就是蓝色的高位值,用来声明当前bucket中有哪些“key”,便于搜索查找。 需要特别指出的一点是:我们map中的key/value值都是存到同一个数组中的。数组中的顺序是这样的:
并不是key0/value0/key1/value1的形式,这样做的好处是:在key和value的长度不同的时候,可 以消除padding(内存对齐)带来的空间浪费 。
现在,我们可以得到Go语言map的整个的结构图了:(hash结果的低位用于选择把KV放在bmap数组中的哪一个bmap中,高位用于key的快速预览,用于快速试错)
map的扩容
当以上的哈希表增长的时候,Go语言会将bucket数组的数量扩充一倍,产生一个新的bucket数组,并将旧数组的数据迁移至新数组。
加载因子
判断扩充的条件,就是哈希表中的加载因子(即loadFactor)。
加载因子是一个阈值,一般表示为:散列包含的元素数 除以 位置总数。是一种“产生冲突机会”和“空间使用”的平衡与折中:加载因子越小,说明空间空置率高,空间使用率小,但是加载因子越大,说明空间利用率上去了,但是“产生冲突机会”高了。
每种哈希表的都会有一个加载因子,数值超过加载因子就会为哈希表扩容。
Golang的map的加载因子的公式是:map长度 / 2^B(这是代表bmap数组的长度,B是取的低位的位数)阈值是6.5。其中B可以理解为已扩容的次数。
当Go的map长度增长到大于加载因子所需的map长度时,Go语言就会将产生一个新的bucket数组,然后把旧的bucket数组移到一个属性字段oldbucket中。注意:并不是立刻把旧的数组中的元素转义到新的bucket当中,而是,只有当访问到具体的某个bucket的时候,会把bucket中的数据转移到新的bucket中。
如下图所示:当扩容的时候,Go的map结构体中,会保存旧的数据,和新生成的数组
上面部分代表旧的有数据的bucket,下面部分代表新生成的新的bucket。蓝色代表存有数据的bucket,橘黄色代表空的bucket。
扩容时map并不会立即把新数据做迁移,而是当访问原来旧bucket的数据的时候,才把旧数据做迁移,如下图:
注意:这里并不会直接删除旧的bucket,而是把原来的引用去掉,利用GC清除内存。
map中数据的删除
如果理解了map的整体结构,那么查找、更新、删除的基本步骤应该都很清楚了。这里不再赘述。
值得注意的是,找到了map中的数据之后,针对key和value分别做如下操作:
1
2
3
4
1、如果``key``是一个指针类型的,则直接将其置为空,等待GC清除;
2、如果是值类型的,则清除相关内存。
3、同理,对``value``做相同的操作。
4、最后把key对应的高位值对应的数组index置为空。
网关=反向代理+负载均衡+各种策略,技术实现也有多种多样,有基于 nginx 使用 lua 的实现,比如 openresty、kong;也有基于 zuul 的通用网关;还有就是 golang 的网关,比如 tyk。
这篇文章主要是讲如何基于 golang 实现一个简单的网关。
转自: troy.wang/docs/golang/posts/golang-gateway/
整理:go语言钟文文档:
启动两个后端 web 服务(代码)
这里使用命令行工具进行测试
具体代码
直接使用基础库 httputil 提供的NewSingleHostReverseProxy即可,返回的reverseProxy对象实现了serveHttp方法,因此可以直接作为 handler。
具体代码
director中定义回调函数,入参为*http.Request,决定如何构造向后端的请求,比如 host 是否向后传递,是否进行 url 重写,对于 header 的处理,后端 target 的选择等,都可以在这里完成。
director在这里具体做了:
modifyResponse中定义回调函数,入参为*http.Response,用于修改响应的信息,比如响应的 Body,响应的 Header 等信息。
最终依旧是返回一个ReverseProxy,然后将这个对象作为 handler 传入即可。
参考 2.2 中的NewSingleHostReverseProxy,只需要实现一个类似的、支持多 targets 的方法即可,具体实现见后面。
作为一个网关服务,在上面 2.3 的基础上,需要支持必要的负载均衡策略,比如:
随便 random 一个整数作为索引,然后取对应的地址即可,实现比较简单。
具体代码
使用curIndex进行累加计数,一旦超过 rss 数组的长度,则重置。
具体代码
轮询带权重,如果使用计数递减的方式,如果权重是5,1,1那么后端 rs 依次为a,a,a,a,a,b,c,a,a,a,a…,其中 a 后端会瞬间压力过大;参考 nginx 内部的加权轮询,或者应该称之为平滑加权轮询,思路是:
后端真实节点包含三个权重:
操作步骤:
具体代码
一致性 hash 算法,主要是用于分布式 cache 热点/命中问题;这里用于基于某 key 的 hash 值,路由到固定后端,但是只能是基本满足流量绑定,一旦后端目标节点故障,会自动平移到环上最近的那么个节点。
实现:
具体代码
每一种不同的负载均衡算法,只需要实现添加以及获取的接口即可。
然后使用工厂方法,根据传入的参数,决定使用哪种负载均衡策略。
具体代码
作为网关,中间件必不可少,这类包括请求响应的模式,一般称作洋葱模式,每一层都是中间件,一层层进去,然后一层层出来。
中间件的实现一般有两种,一种是使用数组,然后配合 index 计数;一种是链式调用。
具体代码