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如何实现文件增量同步——算法

2017年12月12日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2481字 ⁄ 字号小中大 ⁄ 评论关闭

如何实现文件增量同步——算法

问题：

如何增量同步文件，例如一个文本文件有10M，分别存放在A，B两个地方，现在两个文件是完全一样的，但是我马上要在A上对这个文件进行修改，B如何实现自动和A上的文件保持一致，并且网络的传输量最少。

应用场景：

这样的使用场景太多，这里随便列举几个

1.A机器为线上运营的机器，现在需要一台备份的机器B，当A发生宕机的时候，或者硬盘损坏等各种认为非人为原因导致数据不可用时，可以很快从B恢复

2.SVN这样的应用场景，不需要每次修改都向服务器发送并替换掉一个文件，而是只发送被修改的部分

3.手机客户端对一个文本修改，如果那个文本有2M，难道我每次更新都需要上传整个文件吗？每次2M，傻子才用!

等等....

解决方案：

一.分而治之

计算机最重要的基本算法思路就是分而治之，在我们眼里，一个文件不是一个文件，而是一堆存储块，每个存储块可能20Byte大小，至于这个值具体多大，你可以自己设定,这里的20Byte仅提供参考。通过这样的方法，一个文件被分成了很多个块，我们只需要比对块是否相同就可以得出哪个部分做了相应修改。

二.快速校验

刚上面提到如何比对文件，当然这里肯定不会把文件的每个块上传去比对，那样做就没有意义了。快速比对这不禁让我想起了哈希规则，哈希表可以通过O（1）的复杂度查找某个key，为什么？因为它通过计算hash值来初步验证key，一个key的hash值是唯一的。但是仅仅验证hash值是不可靠的，因为hash值有可能会冲突，所以在验证完hash值后，我们在进行key的比较来确定要找的值...

通过哈希的思路，我们可以使用类似的方法来实现文件增量同步，把每一个存储块，通过MD5计算其值，然后传递MD5值到服务器，让服务器比对MD5来确定有没有被修改，如若MD5值不相等，则判定这个文件块有被修改过

为什么是MD5？

1）能够将任意长度的字符串转换为128位定长字符串（MD5 16)

2）MD5能够保证绝大部分情况下不同的值hash之后其hash值不一样，哈希冲突比较少

这样就可以了吗？

No,MD5的生成需要占用比较长的CPU时间，所以我们需要寻找一种更简洁的校验方式，这里选用Alder32 是一个比较通用的解决方案

Alder32有两个优点：

1、计算非常快，比MD5快多了，成本小；

2、当我们有了从0-k长度的校验和后，计算出1-k或者2-k等其他校验和非常方便，只要少量运算即可。(k可以理解为上面的20Byte)

当然，它的缺点也很明显，就是碰撞率比MD5高多了，所以，我们客户端需要同时计算出Alder32校验和与MD5值，传给服务器，而服务器，为了节省CPU时间，第一步只生成Alder32进行校验，当值相等时，在进行MD5校验，这样服务器就节省了很大的开支。

Alder32算法实现：

 
 A = 1 + D1 + D2 + ... + Dn (mod 65521)
 B = (1 + D1) + (1 + D1 + D2) + ... + (1 + D1 + D2 + ... + Dn) (mod 65521)
   = n×D1 + (n−1)×D2 + (n−2)×D3 + ... + Dn + n (mod 65521)

 Adler-32(D) = B × 65536 + A

C实现版本

const int MOD_ADLER = 65521;

unsigned long adler32(unsigned char *data, int len) /* where data is the location of the data in physical memory and 
                                                       len is the length of the data in bytes */
{
    unsigned long a = 1, b = 0;

    int index;

    /* Process each byte of the data in order */

    for (index = 0; index < len; ++index)
    {
        a = (a + data[index]) % MOD_ADLER;
        b = (b + a) % MOD_ADLER;
    }

    return (b << 16) | a;
}