大话Paxos：程序员们的聚餐，会复杂到什么程度？

Posted 2022-03-14 cqqf2019

张大胖的部门连续加班三个月，系统终于上线了！

经理打算组织一次部门聚餐， 犒劳一下大家。至于去哪家饭店，就留给大家来讨论了。

没想到的是，这一伙人争得不可开交，谁都说不过谁，其中，争吵得最凶的是张大胖和刘瘦子，张大胖想去吃火锅， 刘瘦子想去吃烧烤， 剩下三个员工是墙头草， 也不知道听谁的。

经理看到这一群不省油的灯，突然想到一个办法，说到：“别吵了！咱们都是写程序的，用一个算法来解决这个问题吧。”

大家听到算法，一下子就来了兴致：“什么算法？”

“就是大名鼎鼎的Paxos啊，它有点儿复杂，大家正好学习一下。 这次咱们要出去聚餐，但是张大胖和刘瘦子的意见不统一，我们最终还是要选一家，这叫达成共识。这个共识啊只要有超过半数的人同意就可以了。”

“在开始之前，我先说几个要求， 咱们的目的是一起去吃饭，所以张大胖你不能给小A说去吃火锅，给小B说去吃烧烤，又给小C说去吃料理。你这样来回捣乱我可要罚你工资了！”

张大胖嘿嘿笑着同意。

“还有你，刘瘦子，如果小A，小B或者小C已经有人同意张大胖的意见了，你就别墨迹，别再坚持你的意见，跟着去吃就好了。”

刘瘦子也点头。

“最后小A，小B，小C你们仨，你们同意了一个人的提议就别来回当墙头草，确定吃哪个饭店就不要改啦！”

张大胖他们五个人听到经理讲了这些要求，默默记在心里。

经理接着说：“具体的算法也不难，就两个阶段：

1.给自己拉票阶段，这一阶段的目的是争夺“发言权”，只有多数人同意听你“发言”，才能进入下一阶段

2.确认阶段：确定去那个饭店吃饭。

经理一边说，一边给出了算法具体的步骤，张大胖刘瘦子一看，很简单啊！迫不及待地就开始玩起来了。

经理心里偷偷地笑了：简单！哼！等玩起来了够你俩折腾的！

第一次游戏

1.拉票阶段

张大胖人比较聪明，看到小A、小B、小C这三个家伙头发乱糟糟的，以及标配的格子衬衫，一想就知道还没有女朋友。

为了让这三个人听自己的，张大胖想出来一个点子：听我的提议，我给你们每人介绍一位女生！

小A，小B听到了，非常高兴，张大哥解决单身问题，听张大哥的！

与此同时，他俩在小本子上记下：介绍一位女生， 我可以同意饭店提议！

张大胖乐了，自己这么轻松已经取得3个人的支持，小A, 小B加上我自己（我自己不会人格分裂反对我自己）， 已经是多数派了，不管小C是否同意， 我都有了发言权了。

2.确定饭店

张大胖给小A, 小B说， 我给你们介绍一位女生，去吃火锅！

小A, 小B 都表示同意，在小本子上记下： 介绍一位女生，去吃火锅。

张大胖收到结果，知道自己的Paxos算法已经执行完毕， 高兴地宣布：“行了,我们已经达成了共识，可以去吃火锅了! ”

第二次游戏

刘瘦子傻眼了：“张大胖你这家伙下手太快了，你这样搞，一点意思都没有啊， 不行，我们再玩一次！”

张大胖说：“没问题， 我还怕你不成？”

话虽这么说，他赶紧和小A，小B,小C联系：给你们介绍一位女生，要支持我啊。

小A, 小B表示同意，在本子上记下：介绍一位女生， 我可以饭店提议！

结果小C说了句，张大胖，你不实在哈，刘瘦子说给我介绍俩女生呢！

原来小C由于已经听了刘瘦子的话了，本子记得是：介绍两位女生，我可以同意饭店提议！

张大胖心说，这刘瘦子也不笨嘛，也知道用这种方式来拉拢人。

不过既然有小A、小B答应自己，，张大胖知道自己有了多数派的同意！

自己赶快给他们说去哪吃就行，别让这几个墙头草跑了！ 然后哼着小曲儿去找女生联系方式了。

找到联系方式以后，张大胖进入第二阶段，准备彻底终结这次饭店之争。

小A顺利地同意了吃火锅的提议， 记录了下来：介绍一位女生，去吃火锅。

没想到的是，小B已经反水了： 张大胖，你不实在哈，刘瘦子说给我介绍俩女生呢！

张大胖心想，真是墙头草，看来只好从第一阶段的拉票重新开始了。

加大筹码！ 给他们每人介绍三位女生！果然，小B这两个墙头草再次反水，欢天喜地地支持自己了。

与此同时， 刘瘦子美滋滋地以为，自己用“介绍两位女生”获得了多数派的支持，可以进入第二阶段，去确定饭店。

可是他和小B联系的时候，悲催地发现，张大胖已经提高了筹码（3位女生）。 又把小B给拉走了！

刘瘦子赶紧查找通信录，准备找出更多联系方式，给他们介绍4位女生。

张大胖可没有闲着，马上进入第二阶段，成功地确定了饭店。

至此，张大胖的Paxos算法执行完毕，他知道大多数人已经同意去吃火锅了。

刘瘦子再次发起拉票，试图重新占据优势，可是他发现小A和小B已经接受了吃火锅的提议。

他们说：“刘瘦子，我们很想答应你，可是，我们已经答应吃火锅的建议了，不能再变了，但是，为了表示对您的尊重，我们以后就认定确定吃火锅是得给我们介绍4位女生。”

刘瘦子想到经理之前定的规则：“如果已经有人接受过了饭店的提议，不能再墨迹了，跟着去吃就行了！”

他叹了口气，进入了第二阶段，确定饭店，不过他确定的也是“吃火锅”

刘瘦子的Paxos算法也执行完了， 最终达成了一致，去吃火锅。

总结

我发现对于这个Basic Paxos算法，你要是理解了，会发现很简单，但是想把脑子中的东西描述出来，却很难，因为每个参与者的状态都在不断地变化中，细节太多，分支太多。

所以就通过这个小游戏讲述了Basic Paxos算法，说实话，不太严谨，比如小A,小B,小C如果收到了带着更多“贿赂”的Accept，虽然已经确定了饭店，还是可以修改的，这一点在游戏中就没提。

这个游戏展示了执行过程遇到的典型情况。 完整的算法参见文章的最后部分。

在Basic Paxos算法中，有两个角色最为重要:

Proposer : 即张大胖和刘瘦子

Acceptor: 小A, 小B, 小C， 也包括张大胖和刘瘦子

一个人可以身兼多个角色。

游戏中的“介绍n位女生”，在Paxos算法中，就是一个数字n。

在Basic Paxos这个两阶段的协议中，Proposer 在第一阶段发送Prepare(n)给其他人，试图获取“发言权”。 这里的prepare(n)就相当于“介绍n位女生”。

在第二阶段发送Accept(n,v) 来试图确定结果，这里的n 还是“介绍n位女生”，v是吃火锅或者吃烧烤。

由于有多个Proposer可以发送Prepare(n) 。这时候Acceptor就需要根据n的大小来确定听谁的。所以就会出现像小B这样的墙头草，来回摇摆。

Proposer在第一阶段得到大多数人支持以后，会进入第二阶段，发出Accept(n,v) 的消息给其他人。

某个Acceptor，例如小B，收到了张大胖的Accept(3,火锅)，已经记录下了吃火锅， 这时候即使收到的消息中是prepare(4) ，数字更大也不行。他就告诉刘瘦子，我已经确定选火锅了。

这时候的关键点就是刘瘦子要跟随，不要坚持自己的烧烤了。

一个有趣的问题

聪明的你估计已经看出：如果张大胖和刘瘦子交替着争夺发言权，例如：

张大胖介绍1位女生，争取了小A, 小B

刘瘦子介绍2位女生，争取了小B, 小C

张大胖介绍3位女生，又争取了小A, 小B

刘瘦子介绍4位女生，又争取了小B, 小C

……

这样一来，无论是谁都无法进入第二阶段，算法永远无法完成。

一种解决办法就是，可以让他们开始新一轮争取的时候，等待一个随机的时间。让其他人有机会去完成这个算法。

算法

贴一张详细的算法，有兴趣的可以仔细研究一下。

算法来自于：https://ramcloud.stanford.edu/~ongaro/userstudy/paxos.pptx 我觉得这个PPT讲得还是比较好的。