Raft 客户端协议 Client Protocol

摘要

名词：
线性化操作：每一次操作立即执行，在 TA 调用和收到回复之间，只执行一次。

基本操作

1. 客户端启动时，随机挑选一台服务器。
   1.1 如过第一次挑选的不是 leader， 那么那个服务器会拒绝客户端的请求，并提供最近接收到的 leader 的信息（ip+port）；
   1.2 如果 leader 奔溃了，客户端请求超时。

2. 客户端进行重试。

如图 ：

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安全性

1. Raft 需要实现线性化语义，但是，上述操作没有考虑 leader 奔溃的情况。

例如，leader 在提交这条日志后，在响应客户端之前 奔溃了，那么客户端会和新的 leader 重试这个指令，导致重复执行。

解决方案，其实和互联网的幂等操作相同：客户端给每一个指令指定一个唯一序列号，服务器状态机跟踪这个序列号，当服务器接收到这个指令时，首先校验序列号 —— 防止重复执行。

2. 上述操作没有考虑到另一种情况：leader 不知道自己已经被罢黜了。如果 leader 被罢黜，返回的就是脏数据。

如下图：

如何解决？

1. 领导人必须有关于被提交日志的最新信息。但任期开始时是个例外，他可能不知道那哪些是已经被提交的。所以在任期开始时需要提交一条空白的日志条目来实现。
2. 领导人在处理只读请求前，必须检查自己是否被废黜了（不能有脏数据），所以要先和集群的大多数节点交换一次心跳来处理这个问题。同时，领导人也可以通过依赖心跳机制来实现租约，但是这种方法依赖时间的正确性。

Summary

客户端怎么做：

客户端需要提供每条消息的唯一序列号，同时，如果是第一次访问，需要处理服务器可能返回的 leader address 进行重试。

如果 leader 宕机，也需要进行重试。

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服务端怎么做：

在写请求时，非 leader 不能处理写请求，需要返回当前 leader 信息给客户端。
在写请求时，leader 需要校验消息的序列号。
在读请求时，leader 需要通过心跳验证自己是否是 leader。同时，leader 需要有关于日志被提交时的最新信息，这通常能够保证，除了在任期开始时。所以， Raft 通过让 leader 在任期开始时提交一个空白的日志条目实现。

参考

英文 paper pdf 地址

Raft paper 中文翻译 —— 寻找一种易于理解的一致性算法（扩展版）

Raft 作者讲解视频

Raft 作者讲解视频对应的 PPT

一个简单的讲解 Raft 协议的动画