分布式共识算法（故障容错算法）系列整理(四)：Raft

五篇分布式共识系列文章合集：
分布式共识算法（拜占庭容错算法）的系列整理一：PBFT、PoW、PoS、DPos
分布式共识算法（故障容错算法）系列整理(二)：Bully、Gossip、NWR
分布式共识算法（故障容错算法）系列整理(三)：Paxos
分布式共识算法（故障容错算法）系列整理(四)：Raft
分布式共识算法（故障容错算法）系列整理(五)：ZAB

Raft算法的成员身份(服务器节点状态)

• 领导者(Leader)：同一时刻只有一个Leader，主要工作有处理写请求、管理日志复制和不断地发送心跳信息
• 跟随者(Follower)：默默接收和处理来自领导者的消息，当等待领导者心跳信息超时的时候，主动站出来，推荐自己当候选人
• 候选者(Candidate)：每一个节点都可以成为Candidate，节点在该角色下才可以被选为新的Leader，候选人将向其它节点发送请求投票(RequestVote) RPC消息，通知其它节点来投票，如果赢得了大多数选票，就晋升当领导者
• Raft算法是强领导者模型，集群中只能有一个领导者
• 任何一个节点有且仅有三种状态: Leader、 Follower、 Candidate。 Candidate 是一个中间状态，是正在选举中，选举结束后要么切换到Leader，要么切换到Follower
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Raft 算法如何避免 Paxos 的活锁问题？

• Raft 限制为「单点写入」，必须选出一个 Leader，并且任一时刻只允许一个有效的 Leader 存在，所有的写请求都传到 Leader 上，然后由 Leader 同步给超过半数的 Follower
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Raft算法中的日志结构是怎样

• 在Raft算法中，副本数据以日志的形式存在，日志是由日志项组成，日志项是一种数据格式，主要包含任期编号(Term)、索引值(Log index)、和用户指定的数据，即指令(Command/Content)
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• 任期编号(term)：创建这条日志项的领导者的任期编号，后一条日志的 term >= 前一条日志的 term
• 索引值(index)：日志项对应的整数索引值，用来标识日志项，是一个连续的、单调递增的整数号码
• 指令(command)：一条由客户端请求指定的、状态机需要执行的指令。可理解成客户端指定的数据
• 注意：一届领导者任期，往往有多条日志项。而且日志项的索引值是连续的

什么是任期(term)？

• Raft算法中的领导者也是有任期的，每个任期由单调递增的数字(任期编号)标识，如节点A的任期编号是1。任期编号是随着选举的举行而变化的
  • 1.跟随者在等待领导者心跳信息超时后，推举自己为候选人时，会增加自己的任期号，如节点A的当前任期编号为0，那么在推举自己为候选人时，会将自己的任期编号加1
  • 2.如果一个服务器节点，发现自己的任期编号比其它节点小，那么它会更新自己的编号到较大的编号值。如节点B的任期编号是0，当收到来自节点A的请求投票RPC消息时，因为信息中包含了结点A的任期编号，且编号为1，那么节点B将把自己的任期编号更新为1
• Raft 算法中的任期不只是时间段，而且任期编号的大小，会影响领导者选举和请求的处理，可解决「脑裂」问题
  • 1.在Raft算法中约定，如果一个候选人或领导者，发现自己的任期编号比其它节点小，那么它会立即恢复成跟随者状态。比如分区错误恢复后，任期编号为3的领导者节点B，收到来自新领导者的，包含任期编号为4的心跳信息，那么节点B将立即恢复成跟随者状态
  • 2.还约定如果一个节点接收到一个包含较小的