raft协议

Posted 2022-03-17 修心而结网

what：

　　raft是分布式的一致性协议（Consensus），其相对pasox更加简单。用来保障servers上副本一致性的一种算法。

　　一致性协议是为了确保容错性，也就是即使系统中有一两个服务器当机，也不会影响其处理过程

 

how：

　　确保一致性的核心思想：

　　　　采用选举机制，参选者需要说服大多数选民(服务器)投票给他，一旦选定（leader）后，其他的server就是（follower）跟随leader操作，从而确保分布式的一致性。

 

　　选leader：

　　　　参考如下图（也是follower状态转化图）：

　　　　　　

 

 　　　　　　Raft 的选主基于一种“心跳机制”。leader 会周期性的向所有节点发送心跳包来维持自己的权威。

　　　　　　第一步：准备选举自己　　　　　

　　　　　　　　刚启动时，所以的server节点都是follower身份(Step: starts up)。没有leader时，某个server节点和leader的心跳先超时，它就会从follower变为candidate，而发起选举(Step: times out, starts election)。（注意：为了各节点不同时变为candidate，在各节点的固定超时时间上某个范围内的随机数）。如下图：

　　　　　　

 

 　　　　　　　　五节点都是follower身份，term为1，且选举超时定时器不同

 

　　　　　　第二步：开始选举自己：

　　　　　　　　节点身份切换为 candidate，并将term加上1。然后它会向集群其它节点发送“请给自己投票”的消息(RequestVote RPC)。

　　　　　　　　　　

 

　　　　　　　　　　　　S1 率先超时，变为 candidate，term + 1，并向其它节点发出拉票请求

 

　　　　　　第三步：选择结果：

　　　　　　　　candidate会有3种结果，分别对应上面状态图的3条线。

　　　　　　　　1. 选举成功(Step: receives votes from majority of servers)：

　　　　　　　　　　                   

 

 　　　　　　　　　　　　　　S1获得大部分选票。                                                       S1变为leader，开始发送心跳维持权威

 

　　　　　　　　2、选举失败(Step: discovers current leader or new term)：

　　　　　　　　　　Candidate 在等待投票回复的时候，收到其它自称是 leader 节点发送的心跳包，且term 不小于 candidate 当前的 term，那么 candidate 会承认这个 leader，并将身份切回 follower。term 比自己小，candidate 会拒绝这次请求并保持选举状态。

　　　　　　　　　　                                               

 

 　　　　　　　　　　　　S4、S2 依次开始选举 　　　　　　　　　　　　　　S4 成为 leader；S2 在收到 S4 的心跳包，且term不小于自己的，则切为 follower 跟随S4

　　　　　　 　　　　　　　　　　

　　　　　　　　3、选举超时(Step: times out, new election)：

　　　　　　　　　　多个 follower 同时成为 candidate，选票是可能被瓜分的，如果没有任何一个 candidate 能得到大多数节点的支持，那么每一个 candidate 都会超时。这里的“特殊处理”指的就是前文所述的随机化选举超时时间。此时 candidate 需要增加自己的 term，然后发起新一轮选举。

　　　　　　　　　      　               

 

 　　　　　　　　　　S1~S5都在参与选举　　　　　　　　　　　　　　　　  没有任何节点愿意给他人投票　　　　　　　　　　没有随机化超时时间，所有节点将会继续同时发起选举……

 

　　　　　　第四步、老leader更换：

　　　　　　　　即上面状态图的：discovers server with higher term。一段时间后老 leader 恢复了（如：网络故障、或者机器宕机恢复），收到了来自新leader 的心跳包，发现心跳中的 term 大于自己的 term，此时该节点会立刻切换为 follower 并跟随的新 leader。

　　　　　　　　   　                   

　　　　　　　　　　  　　S4 作为 term=2 的 leader                         　　　　　　S4 宕机，S5 即将率先超时　　　　　　　　　　　　　　S5 当选 term=3 的 leader

 

　　　　　　　　      　　　　  

 

　　　　　　　　　　S4 宕机恢复后收到了来自 S5 的 term3 心跳　　　　　　　　　　　　　　　　S4 立刻变为 S5 的 follower