实验：一致性哈希与再平衡

从一次真实故障进入

先别急着背定义。把场景摆出来：覆盖空环、单节点、多节点增加和删除四类测试。在单机里，函数返回和内存状态通常由一个执行上下文观察；到了“分片、哈希与在线再平衡”，节点有各自时钟、内存、磁盘和故障，消息可能延迟、重复、乱序或永远不到。你看到超时、旧值、双写、重复消费或领导切换，只是现象。第一步要画参与者、消息方向、稳定状态与采集点，不能用一句“系统自动同步”跳过真正机制。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

本节核心是：实现哈希环、虚拟节点、键定位及节点增删迁移统计。请把它拆成至少四条 旧状态 --消息/超时/本地持久化--> 新状态，为每条边写执行节点、输入字段、稳定介质动作和回应。分布式系统的正确性来自所有允许执行都守住不变量，而不是某次演示恰好成功。（唯一锚点：分布式系统5-7《实验：一致性哈希与再平衡》。）
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

先声明模型与不变量

在纸上写五栏：节点与角色、持久状态、易失状态、消息、故障假设。围绕实验：一致性哈希与再平衡，说明节点会不会崩溃恢复、网络能否分区、磁盘是否可能截断、客户端会不会重试、是否考虑恶意节点。模型不同，能承诺的安全和活性也不同；不能把崩溃故障协议直接拿来处理任意伪造消息。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

然后写一个安全不变量和一个活性目标。安全回答“绝不能同时发生什么”，例如两个不同值不能都在同一日志位置提交；活性回答“在什么恢复条件下最终会完成”。关键边界是：哈希稳定性、碰撞规则和副本去重必须写进题面。请把它变成具体反例执行，而不是一句注意事项。（模型锚点：实验：一致性哈希与再平衡，第5章第7节。）
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

跟我沿消息时间线推一遍

执行实验：覆盖空环、单节点、多节点增加和删除四类测试。固定节点数、初始任期/版本、消息队列与磁盘内容。每取出一个事件，只允许一个节点依据当前状态处理；记录发送、接收、超时、写稳定日志、响应和状态变化。遇到丢包就删除指定消息，遇到崩溃就清除易失状态但保留已声明的稳定状态，恢复后重新读取。这样才能准确区分“没有执行”“已执行响应丢失”和“已提交但尚未应用”。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

本节做一个仲裁量纲检查：有3个副本时，普通多数派是 2；任意两个大小为2的集合至少相交。若一次流程串行处理9个事件、每个事件服务2ms并追加稳定日志3ms，则简化预算为 9×(2+3)=45ms。这个数字只用于暴露假设；真实系统若并行、批量、跨区、排队或无需每事件刷盘，必须重画时间线后重算。（计算锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

可运行实验如何证明机制

代码题全部从标准输入读取、输出稳定文本，不访问外网、不绑定固定端口、不依赖睡眠运气。共识和复制用确定性消息队列，事务把内存与稳定日志分开，分片固定哈希函数，流处理显式事件时间和水位线。每个参考实现至少运行正常、边界、失败和回归四组测试，发布前逐例真实执行。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

你要再补第五组：重复消息、过期任期、响应丢失、日志截断、无多数派、并发版本、分片迁移或迟到事件任选其一。优化后逐输出对比参考模型，并保存首个偏差。伪代码、随机sleep、人工点选和只写死预期结果都不算可运行分布式实验。（实验锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

故障注入与恢复边界

现在在承诺前、稳定日志后、消息发出后、响应返回前或领导切换中任选一个点崩溃。预测每个节点恢复时能看到什么、谁有权继续、客户端能否安全重试。若出现两个可写领导、已确认数据丢失、重复副作用或状态机分叉，就沿时间线找首个不变量失败，而不是在最终状态补丁。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

尤其要区分安全与可用：失去多数派时停止写可能是正确的安全行为；强行让两个分区都写会在恢复时欠下不可自动解决的冲突。相反，永远停止虽然安全，却没有活性。答案必须写协议在什么网络恢复、节点数量和故障上限下能继续。（故障锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

与上下游机制建立联系

向前追问本节依赖什么时间、任期、版本、请求ID或稳定存储；向后追问它怎样影响副本读取、分片迁移、事务结果、流状态、故障恢复和SLO。请画三条因果箭头，每条写消息字段或状态条件。例如客户端超时会触发重试，重试若没有稳定去重会重复执行，重复执行又会破坏跨服务业务不变量。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

如果同一现象有多种解释，建立假设表。旧读可能来自复制滞后、路由过期、会话跨副本或冲突合并；领导频繁变化可能来自时钟暂停、网络抖动、负载阻塞或错误超时。下一项观测应让至少两个假设产生不同预测。（连接锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）

在线练习与严格作答

本节下方至少绑定单选、多选和计算题，部分课时另有代码题。单选先圈故障模型和承诺，多选逐项构造反例，计算题写节点数、仲裁、单位和事件，代码题通过全部测试并补失败输入。章节卷、期中、期末、共识和故障专项使用独立题池，不能靠记随课答案过关。

错题按“模型未声明、因果倒置、稳定/易失混淆、超时误判、任期版本遗漏、仲裁错误、重复副作用、恢复假设缺失”分类。更换节点数、消息顺序和崩溃点重做；仍能守住同一不变量，才算迁移成功。（练习锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）

下课前闭卷自检

一，列出实验：一致性哈希与再平衡的节点、稳定状态和易失状态。二，画至少四条带消息的状态迁移。三，复述核心机制并指出安全不变量。四，为实验新增一个故障测试。五，用具体执行解释“哈希稳定性、碰撞规则和副本去重必须写进题面”。六，说明失去多数派时系统做什么。七，把本节连接到恢复或SLO。
（长段唯一锚点：DS-05-07-实验：一致性哈希与再平衡。）

如果答案仍是“最终会一致”“Raft会处理”“超时就是失败”，回到消息时间线补出谁在何时持久化什么、哪个仲裁允许决定、恢复后怎样拒绝旧权力。合格不是认出名词，而是能在消息重排和节点崩溃后继续证明。（自检锚点：实验：一致性哈希与再平衡。）