深入浅出理解Paxos算法

Posted 2022-06-21 21aspnet

Paxos算法是莱斯利·兰伯特（英语：Leslie Lamport，LaTeX中的「La」）于1990年提出的一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。

Paxos算法一开始非常难以理解，但是一旦理解其实也并不难，之所以难理解其实是因为作者讲的故事难理解。

Paxos算法维基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Paxos_(computer_science)

网上有2篇帖子是讲的非常好的，

分别是：以两军问题为背景来演绎Basic Paxos和Paxos算法细节详解(一)--通过现实世界描述算法

本人是在看了这2个帖子之后再结合原论文才看懂的。

Paxos一共4个角色：Client   Proposer      Acceptor     Learner。

Client：产生议题者
Proposer ：提议者
Acceptor：决策者
Learner：最终决策学习者，也就是执行者。

Proposer拿着Client的议题去向Acceptor提议，让Acceptor来决策。
Proposer提出议题，Acceptor初步接受或者Acceptor初步不接受。
Acceptor初步接受则Proposer再次向Acceptor确认是否最终接受。
Acceptor最终接受或者Acceptor最终不接受。

Learner最终学习的目标是向所有Acceptor学习，如果有多数派个Acceptor最终接受了某提议，那就得到了最终的结果，算法的目的就达到了。

最基本的Message flow: Basic Paxos演示图如下图所示，其他情况可以参考百科。

图解：

A1，,A2和A3就是Acceptor。

P1，p2和p3就是Proposer。浅色的P1和P2说明是进行提议，深色的P1和P2说明是拿到表决。

圆圈123表明是每次提议序号，递增即可。黑色的图表示被黑了，也就是否决。方块表示投票结果，绿方块表示投票通过，红色菱形表示最终的投票结果。

整个事件是按照时间线从左到右发展。

事件发展：

第一个框代表第一阶段--提议

1.p2最先找到A2，P2提议序号是2，A2记录下，因为之前没有其他的序号所以成功了，然后返回标志给p2;

2.p1找到A1，P1提议序号是1，A1记录下，因为之前没有其他的序号所以成功了，然后返回标志给p1;

3.p1找到A3，P1提议序号是1，A3记录下，因为之前没有其他的序号所以成功了，然后返回标志给p1;

问题来了

4.p1找到A2，P1提议序号是1，A2已经记录下提议序号2，2>1，所以不成功;

5.p2找到A1，P2提议序号是2，A1已经记录下提议序号1，1>2，所以成功;，然后返回标志给p2;

6.p2找到A3，P2提议序号是2，A3已经记录下提议序号1，1>2，所以成功;，然后返回标志给p2;

第二个框代表第二阶段--确认提议（投票）

7.p1找到A1，P1确认序号是1，A1已经记录下提议序号2，1<2，所以不确认，然后p1继续提议序号是3，周而复始...;

8.p2找到A2，P2确认序号是2，A2已经记录下提议序号2，2=2，所以确认成功;，然后返回投票标志给p2;

9.p2找到A3，P2确认序号是2，A3已经记录下提议序号2，2=2，所以确认成功;，然后返回投票标志给p2;

10.p2找到A1，P2确认序号是2，A1已经记录下提议序号3，2<3，所以不确认，;然后p2继续提议序号是4，周而复始...;
问题来了

11.p1找到A2，P1确认序号是1，A1已经记录下确认序号2，1<2，所以不确认，然后返回确认序号2;

12.p1找到A3，P1确认序号是1，A3已经记录下确认序号2，1<2，所以不确认，然后返回确认序号2;

13.p1和p2都得到确认也就是投票结果是2。

14.所有的Learner最终学习的目标是2。

Paxos过程结束了，这样，一致性得到了保证，算法运行到最后所有的proposer都投“2”所有的acceptor都接受这个议题，也就是说在最初的第二阶段，议题是先入为主的，谁先占了先机，后面的proposer在第一阶段就会学习到这个议题而修改自己本身的议题，才能让一致性得到保证，这就是paxos算法的一个过程。该算法就是为了追求结果的一致性。

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