分布式中的一致性算法之Raft算法

在实际应用中,对于分布式系统而言,遇到一致性问题,业界产生了许多经典的分布式一致性算法,以前项目中常的分布式一致性算法是2PC和Paxos,对于Raft算法只知其名,从未仔细理解过,直到今天和同事聊天时,突然被问到,Paxos与Raft的区别在哪?为什么我们项目中应用Paxos产生这么多问题,当初是否考虑过采用Raft算法?这一问,我的确没有回答上来,因为我从来没有思考过Raft在分布式数据库存储系统应该怎样应用。
Raft算法虽然是在2013年才发表的,但目前应用非常广泛,甚至成为分布式一致性算法的主流之一。
下面记录下Raft算法的基本原理:
它和Paxos类似,有三种角色,分别是Leader(领导人)、Follower(跟随者)、Candidate(候选人)。其中Leader的作用是负责接收客户端的请求,将日志复制到其他节点并告知其他节点何时应用这些日志是安全的;Candidate的作用是选举Leader的一种角色;Follower的作用是响应Leader或Candidate的请求。
Raft算法存在三个相对独立的子问题:领导人选举;日志复制;安全性机制。
领导人选举
选主策略:Leader会周期性的发送心跳包给Follower。每个Follower都设置了一个随机的竞选超时时间,若在这个时间内Follower未收到 Leader 的心跳(假定Leader所在节点宕机),那么Follower就会变成 Candidate,进入竞选阶段。
若某个节点由Follower变成 Candidate后,则会向其他节点发起投票请求,而收到投票请求的节点也会对其进行响应,对于整个集群中,若有一半以上的节点响应了,那么此节点的角色会由Candidate转变为Leader。此后,Leader仍然会周期性的发送心跳包给Follower。
基于上述策略,对于存在多个Candidate的场景,只需要对获取票数最多且相同的情况进行重新选主。一般来说,各节点的超时时间不一致,出现多节点重新选主的概率不大。

日志复制
Raft算法中的一致性是通过日志复制来保证的,其流程为:
(1)客户端发起的修改操作被集群中Leader记录。对于未提交的修改,记录在日志中。
(2)Leader将日志同步复制到所有Follower节点。Leader收到超过一半的Follower节点响应后,将修改提交。
(3)此时Leader会通知的所有Follower让它们也提交修改,所有节点的值达成一致。
对于异常场景中,日志复制过程会产生日志冲突。
安全性:
可参考下面的论文,待总结。
https://github.com/maemual/raft-zh_cn/blob/master/raft-zh_cn.md

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