分布式一致性协议

Posted 2021-01-03 share2perfect

分布式一致性协议

分布式一致性协议包含二阶段提交协议、三阶段提交协议、Paxos算法。

二阶段提交协议（2PC）

二阶段提交协议处理过程分为了投票和执行两个阶段，其核心是对每个事务都采用先尝试后提交的处理方式，本质是强一致性算法。

阶段一：提交事务请求

1.事务询问

协调者发起请求，询问参与者是否可以执行事务。

2.执行事务

参与者收到事务请求后，执行事务，并把undo和redo写入log中

3.返回相应

参与者向协调者反馈是否可以执行。如果参与者成功执行事务，则返回yes响应；否则返回no响应

阶段二：执行事务提交

正常情况下：

1.发起事务提交

协调者向所有参与者发起commit请求

2.事务提交

参与者执行事务提交

3.反馈结果

参与者把执行事务提交的结果反馈给协调者

4.完成事务

异常情况下：

（如果有任何参与者提交事务失败，并把失败响应反馈给协调者，协调者会执行如下）

1.发起事务回滚

协调者向所有参与者发起rollback请求

2.执行事务回滚

参与者回滚事务

3.反馈回滚结果

4.中断事务

 

二阶段提交协议的优点：原理简单、实现方便

二阶段提交协议的缺点：同步阻塞、单点、脑裂、过于保守

同步阻塞：各个参与者在等待其他参与者响应的过程中，将无法进行其他任何操作

单点：协调者单点问题。如果在阶段二，协调者出现问题，会导致资源被占用无法释放

数据不一致：如果在阶段二，发生网络异常，部分参与者提交事务，部分未提交，导致数据不一致。

过于保守：协调者未收到参与者响应，就会根据自身的超时机制处理，没有完善的容错机制。

 

三阶段提交协议（3PC）

阶段一：CanCommit

1.事务询问

协调者向所有参与者发起一个cancommit请求，询问是否可以发起事务提交操作，并等待回应。

2.参与者反馈事务询问的响应

参与者根据自身情况，如果能够执行事务就返回yes响应，否则就返回no响应

阶段二：precommit

协调者根据阶段一反馈结果，执行操作：

 

(一)   执行事务预提交（所有参与者均返回yes响应）

1.发起预提交请求

协调者向所有参与者发起预提交请求，并进去prepared阶段。

2.事务预提交

各参与者收到请求后执行事务操作，并把undo和redo记录到log中

3.反馈结果

参与者执行完事务后，返回给协调者ack响应，同时等待最终指令：提交或者回滚

(二)   中断事务（参与者返回no响应，或者超时未收到响应）

1.发送中断请求

协调者向所有参与者发起中断请求

2.中断事务

各参与者收到协调者发送的中断请求，或者等待协调者请求的过程中出现超时，参与者都会进行中断事务

阶段三：docommit

该阶段进行真正的事务提交

(一)   执行提交

1.发送提交请求

进入阶段三，假设协调者处于正常状态，并且受到所有参与者的ack响应，那么会向所有参与者发送docommit请求。

2.事务提交

参与者收到docommit请求后，会执行事务提交操作

3.反馈事务提交结果

参与者执行完事务后，向协调者反馈ack消息

4.完成事务

协调者收到所有参与者响应后，完成事务

(二)   中断事务

1.发送中断请求

假设协调者处于正常状态，并且有任意一个参与者反馈了no响应，或者等待超时后协调者无法接收到所有参与者的反馈，协调者发起中断请求。

2.事务回滚

参与者收到中断请求后，利用阶段二中记录的undo信息，发起回滚操作。

3.反馈事务回滚结果

参与者完成事务回滚后，向协调者发送ack消息。

4.中断事务

协调者收到所有参与者反馈的ack消息后，中断事务。

备注：一旦进入阶段三，协调者出现问题，或者协调者和参与者之间网络出现问题，参与者等待超时后都会进行事务提交。

三阶段提交协议的优缺点

优点：1.降低了参与者的阻塞返回；2.出现单点故障后继续达成一致。

缺点：参与者收到precommit后，出现网络异常，但是参与者会继续提交事务，最终会出现数据不一致的情况。

 

Paxos算法

paxos算法类似于两阶段提交的算法：

(一)   选定提案

阶段一

1. proposer选择一个提案编号Mn，然后向Acceptor的某个超过半数的子集成员发送编号为Mn的prepare请求。
2. 如果一个acceptor收到一个编号为Mn的perpare请求，且编号Mn大于该acceptor已经响应过得所有prepare请求的编号，那么它就把批准过得最大编号的提案作为响应返回给proposer，同时acceptor承诺不会再批准任何编号小于Mn的提案。

阶段二

1. 如果proposer收到来自半数以上的acceptor对于其发出的编号为Mn的prepare请求的响应，那么它就会发送一个针对【Mn,Vn】提案的accept请求给acceptor。Vn就是收到的响应中编号最大的提案的值。
2. 如果acceptor收到这个针对【Mn,Vn】提案的accept请求，只要改acceptor尚未对编号大于Mn的prepare请求做出响应，它就可以通过这个提案。

(二)   获取提案

acceptor将批准的提案发送给一个特定的learner集合，该集合中的每个learner都可以在一个提案被选定后通知所有其他的learner。