paxos协议简介

Posted 2021-04-17 好好学习Java

什么是paxos协议？

Paxos用于解决分布式系统中一致性问题。

分布式一致性算法（Consensus Algorithm）是一个分布式计算领域的基础性问题，其最基本的功能是为了在多个进程之间对某个（某些）值达成一致（强一致）；简单来说就是确定一个值，一旦被写入就不可改变。

paxos用来实现多节点写入来完成一件事情，例如mysql主从也是一种方案，但这种方案有个致命的缺陷，如果主库挂了会直接影响业务，导致业务不可写，从而影响整个系统的高可用性。

paxos协议是只是一个协议，不是具体的一套解决方案。目的是解决多节点写入问题。

 

paxos的几个基本概念：

一、两个操作

1．Proposal Value：提议的值；

2．Proposal Number：提议编号，可理解为提议版本号，要求不能冲突。

 

二、三个角色

1．Proposer：提议发起者。

Proposer可以有多个，Proposer提出议案（value）。

所谓 value，可以是任何操作，比如“设置某个变量的值为value”。不同的Proposer可以提出不同的value，例如某个Proposer提议“将变量X设置为1”，另一个Proposer提议“将变量X设置为2”，但对同一轮Paxos过程，最多只有一个value被批准。

2．Acceptor：提议接受者。

Acceptor有N个，Proposer提出的value必须获得超过半数(N/2+1)的Acceptor批准后才能通过。Acceptor之间完全对等独立。

3．Learner：提议学习者。

上面提到只要超过半数accpetor通过即可获得通过，那么learner角色的目的就是把通过的确定性取值同步给其他未确定的Acceptor。

 

三、协议过程

一句话说明就是：

proposer将发起提案（value）给所有accpetor，超过半数accpetor获得批准后，proposer将提案写入accpetor内，最终所有accpetor获得一致性的确定性取值，且后续不允许再修改。

协议分为两大阶段，每个阶段又分为A/B两小步骤：

1．准备阶段（占坑阶段）

1) 第一阶段A：Proposer选择一个提议编号n，向所有的Acceptor广播Prepare（n）请求。

2) 第一阶段B：Acceptor接收到Prepare（n）请求，若提议编号n比之前接收的Prepare请求都要大，则承诺将不会接收提议编号比n小的提议，并且带上之前Accept的提议中编号小于n的最大的提议，否则不予理会。

2．接受阶段（提交阶段）

1) 第二阶段A：整个协议最为关键的点：Proposer得到了Acceptor响应：

①　如果未超过半数accpetor响应，直接转为提议失败；

②　如果超过多数Acceptor的承诺，又分为不同情况：

a. 如果所有Acceptor都未接收过值（都为null），那么向所有的Acceptor发起自己的值和提议编号n，记住，一定是所有Acceptor都没接受过值；

b. 如果有部分Acceptor接收过值，那么从所有接受过的值中选择对应的提议编号最大的作为提议的值，提议编号仍然为n。但此时Proposer就不能提议自己的值，只能信任Acceptor通过的值，维护一但获得确定性取值就不能更改原则。

2) 第二阶段B：Acceptor接收到提议后，如果该提议版本号不等于自身保存记录的版本号（第一阶段记录的），不接受该请求，相等则写入本地。

 

四、过程推导

可以参考： Paxos算法原理与推导

五、可以参考的资料

论文《Paxos Made Simple》

论文《The Part-Time Parliament》

英文版维基百科的Paxos

中文版维基百科的Paxos

书籍《从Paxos到ZooKeeper》