不可不知的分布式协议：Raft算法

Posted 2021-04-27 码农小麦

Raft算法

Raft是由斯坦福大牛提出的更加便于理解的分布式共识算法，共识就是大部分节点对某个数据达成一致的看法。因为作者认为Paxos算法并不易于理解，很多人都是一知半解。原文请参见：

https://web.stanford.edu/~ouster/cgi-bin/papers/raft-atc14

Raft角色

Follower：跟随者，接收来自Leader的信息并保持心跳，如果一段时间没有收到Leader的心跳，就推荐自己成为Candidate。

Candidate：候选者，发起投票选举，如果获得majority的投票(自己肯定要投给自己)，就升级成为Leader。

Leader：领导者，处理所有客户端请求，并同步日志到跟随者，当majority跟随者同步成功时，响应客户端。

Raft选举

开始的时候所有节点都是Follower，每个节点都有一个随机超时时间(通常150ms~300ms)，超时时间内没有收到来自Leader的心跳，Follower就升级为Candidate开始选举，每个节点都有一个term标识(表示当前任期通常为数字)。

正常选举开始，Candidate首先增加任期(比如1表示第一届)，由于节点有随机超时时间，首先超时的节点会向其他节点发起RPC vote request，其他节点一看term大于自己，投票给发起Candidate(每次只能投一票)，收到majority的投票后，发起者Candidate升级为Leader。

任期(term)

领导都是有任期的，任期的递增相当于逻辑上的时钟，每一个任期都会经历或长或短的任期，发生意外后(如Leader crash，Leader和Follower不可通信)造成Leader和Followers之间心跳断开时，Followers就会开始下一届选举，选举机制同上。

选举阶段所有Candidate会自增自己的term;收到比自己大的term时会更新自己的term为较大者并为较大者投票;当故障Leader恢复服务，发现自己term小于下一届Leader发来的请求，自动变为Follower;收到比自己小的term的请求时，Follower拒绝服务。

日志复制

Leader应对所有的对外请求，由Leader负责调度请求并按顺序同步给Follower，保证节点之间状态一致。简单来讲，Leader将请求wrap到log中，并严格按顺序同步给Followers，相同的初始状态+相同的输入=>相同的输出。由于网络原因，Leader和Follower可能并不是实时一致的，但保证了最终一致性。

总结

Raft是一种易于理解的分布式一致性、高可用协议，相比Paxos更容易理解。Raft将共识问题分解为选举和日志同步，本文只是简单阐述Raft算法，关于在任何情况下保证系统不出错，Raft论文中有更详细的规约，请参见原论文。大概流程可以参见以下链接，图文并茂的展示了Raft算法。

http://thesecretlivesofdata.com/raft/

图|码农小麦

文|码农小麦

排版|菩提无树

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