如何将密钥分发到存储桶中，但要确保每个存储桶至少有一个密钥？

如何解决如何将密钥分发到存储桶中，但要确保每个存储桶至少有一个密钥？

我有一组“键”和“桶”，其中 num_keys > num_buckets，但它们的数量级大致相同。

举一个具体的例子，“key”类似于任务，“bucket”类似于线程。我想尽可能均匀地将任务分配给线程，同时确保没有线程空闲。

例如，我有 400 个任务和 200 个线程：

task1,task2,...,task400
thread1,thread1,... thread200

我想将任务统一分配给线程：

thread1 -> task50,task394
thread2 -> task37,task250,task324
...
thread200 -> task20

这些是我编造的数字，但要清楚的是，没有空闲线程对我来说更重要；我不太关心拥有完美的分布。

其他一些对我很重要的属性：

• 对特定的存储桶没有偏见。
• 无论键的数量如何，都应始终将相同的键分配给同一个存储桶。如果桶的数量发生变化，分配也可以改变（因此不需要某种一致的散列方案）。
• 分发应独立进行，无需外部协调。

目前，我正在尝试使用 MD5 执行此操作：

BigInteger numThreads = BigInteger.valueOf(200); // buckets
BigInteger currentThreadId = BigInteger.valueOf(1); 
List<Task> tasks = getGlobalTasks(); // keys
List<Task> myTasks = new ArrayList<>();

for (Task task : tasks) {
    BigInteger hash = new BigInteger(MessageDigest.getInstance("MD5").digest(task.getId()));
    BigInteger bucketId = hash.mod(numThreads);
    if (currentThreadId.equals(bucketId)) {
      myTasks.add(task);
    }
}

我怀疑如果键和桶的数量之间存在更大的差异，这种方法会正常工作。然而，使用当前的方案，我的大约 35 个线程处于空闲状态，因为它没有被分配任何键。我猜这是由于与 MD5 哈希分布的差异造成的。

那么问题来了，有没有什么办法可以重构这段代码，保证每个bucket/thread至少接收一个任务？

注意：我实际上想做的是以一种对 AWS Kinesis Shards 具有弹性的方式将 Apache Storm Spouts 分配给 resharding（这意味着更改分片数）。不过，这些细节对于这个问题并不重要。

这是上面编译/运行的代码示例的示例：

  public static void main(String [] args) throws NoSuchAlgorithmException {
    BigInteger numBuckets= BigInteger.valueOf(20); // buckets
    int numTasks = 40;

    List<BigInteger> tasks = new ArrayList<>(); // keys
    for (int i = 0; i < numTasks; i++) {
      tasks.add(BigInteger.valueOf((int)(Math.random() * 5000)));
    }

    Map<BigInteger,List<BigInteger>> bucketToTasks = new HashMap<>();
    for (BigInteger task : tasks) {
        String taskStr = task.toString();
        BigInteger hash = new BigInteger(MessageDigest.getInstance("MD5").digest(taskStr.getBytes()));
        BigInteger bucketId = hash.mod(numBuckets);
        if (!bucketToTasks.containsKey(bucketId)) {
          bucketToTasks.put(bucketId,new ArrayList<>());
        }
        bucketToTasks.get(bucketId).add(task);
    }

    for (int i = 0; i < numBuckets.intValue(); i++){
      System.out.println("Bucket: " + i + ",Tasks: " + bucketToTasks.get(BigInteger.valueOf(i)));
    }
  }

和输出：

Bucket: 0,Tasks: [2459,2922]
Bucket: 1,Tasks: [21]
Bucket: 2,Tasks: [453]
Bucket: 3,Tasks: [494]
Bucket: 4,Tasks: null
Bucket: 5,Tasks: [1557,2355]
Bucket: 6,Tasks: [4145,1693]
Bucket: 7,Tasks: null
Bucket: 8,Tasks: null
Bucket: 9,Tasks: [1016,4556]
Bucket: 10,Tasks: [3739]
Bucket: 11,Tasks: [4644,3295]
Bucket: 12,Tasks: [2773,3983,2724]
Bucket: 13,Tasks: [1663]
Bucket: 14,Tasks: [2593,2593,1457,3023,1817,4353,4196]
Bucket: 15,Tasks: [2258,802,1530]
Bucket: 16,Tasks: [1882,4765,1969]
Bucket: 17,Tasks: [4882,3030,3429]
Bucket: 18,Tasks: [1666,4377,1714,4109]
Bucket: 19,Tasks: [819,7]

如您所见，有些桶是完全空的。