分布式一致性算法Raft

Posted 2020-10-07 小猴子爱吃桃

什么是分布式一致性？

我们先来看一个例子：

我们有一个单节点node，这个节点可以是数据库，也可以是一台服务器，当client向node发送data时，X节点收到data，记录下来

由此可见对于单个节点，一致性是很容易实现的。

然而对于多个节点，我们如何来实现一致性，这就是分布式一致性的问题。

Raft就是一个实现分布式一致性的协议

下面让我们来看看它是如何工作的？

node介绍：

每一个节点有三种state

（1） follower state

（2） leader state

（3） candidate state

Leader Election

所有的节点都是从follower state开始的，如果一个follower状态的节点没有被某个leader所控制，它就有可能成为候选者。而当一个节点成为候选者时，它就会向其他节点收集选票，而其他节点在收到候选者发出的信号后，就会把选票发给候选者。如果某个候选者获取了大多数选票，则会成为领导者。这个过程就是领导者选举。

整个选举过程是有一个时间限制的，如下图：

Splite Vote是因为如果同时有两个候选人向大家邀票，这时通过类似加时赛来解决，两个候选者在一段timeout比如300ms互相不服气的等待以后，因为双方得到的票数是一样的，一半对一半，那么在300ms以后，再由这两个候选者发出邀票，这时同时的概率大大降低，那么首先发出邀票的的候选者得到了大多数同意，成为领导者Leader，而另外一个候选者后来发出邀票时，那些Follower选民已经投票给第一个候选者，不能再投票给它，它就成为落选者了，最后这个落选者也成为普通Follower一员了。

Log Replication

选出领导者后，对于这些节点组成的一个系统中的所有变化都会经过这个领导者，由它掌管全局。

领导者收到client发来的消息后，会把每一次的请求操作记录在日志上，在这条日志记录没被提交之前，其他节点的值不会有任何改变。

领导者先把日志条目set 5 拷贝到跟随者节点中，当大多数的跟随者节点已经把日志记录追加到本节点的日志时，领导者就开始执行该条日志，即把5写入改节点。然后在下一个heartbeat中，领导者就会通知followers，该日志条目已经提交，follows也会写入5。这时整个集群保持了数据的一致性。这个过程叫做日志复制。

对于每个新的日志记录，重复上述过程。

如果在这一过程中，发生了网络分区或者网络通信故障，使得Leader不能访问大多数Follwers了，那么Leader只能正常更新它能访问的那些Follower服务器，而大多数的服务器Follower因为没有了Leader，他们重新选举一个候选者作为Leader，然后这个Leader作为代表于外界打交道，如果外界要求其添加新的日志，这个新的Leader就按上述步骤通知大多数Followers，如果这时网络故障修复了，那么原先的Leader就变成Follower，在失联阶段这个老Leader的任何更新都不能算commit，都回滚，接受新的Leader的新的更新。