Raft 基础

目录

1. 三个状态
2. 什么是任期
3. 节点之间的通信

1. 三个状态

Raft 设计了 3 个状态，用于表示节点的状态，分别是跟随者，候选者，领导者。

1. 领导者：通常只有一个领导人，并且其他节点都是跟随者。
2. 跟随者：跟随者不会发送任何请求，只是简单的响应领导者或者候选人的请求，由领导人处理所有的客户端请求（如果客户端请求了跟随者，那么跟随者会将请求转发给领导者）
3. 候选者：选举新的领导人时使用。

3 个角色的转换关系和流程：

图 1

可以看到，这张图里的几个概念：

1. 初始化：所有服务器启动时，都是跟随者
2. 超时：当初始时， 没有收到领导人的心跳，便开始选举。如果候选者选举的时候，也超时了，便重新选举。
3. 大多数的选票：成为领导人的关键是 —— 获取大多数服务器的选票，可以看做是鸽笼原理。

2. 什么是任期

目录：

1. 2 个阶段
2. 任期
3. 服务器之间的通信

背景：由于机器的物理时间是不可靠的，所以需要一个逻辑时间。称之为任期（term）。

从 2 个阶段开始说起：

集群节点通常有 2 个节点：

1. 选举阶段
2. 领导者正常运行

例外：当选举失败，会进行加时赛，即连续有 2 个选举过程。

见下图：

图 2

图 2 可见任期 3 选举失败，然后进行了重新选举。

重新选举会继续失败吗？

答：如果不做限制，是会理解失败的。

Raft 使用了一个限制来规避：每台服务器在选举的时候，使用一个随机数（150 -200），即每个服务器在不同的时间发出选举。防止冲突。称之为“加时赛”。

任期号

在上文中说道：由于机器的物理时间是不可靠的，所以需要一个逻辑时间。称之为任期（term）。

有关任期的几个特点：

1. 节点有可能观察不到任何一次选举或者任期。
2. 任期充当逻辑时钟，服务器节点可以通过任期号查明过期的领导者或过期的信息。
3. 每个节点存储当前任期号，单调递增。
4. 服务器之间的每次通信，都会交换当前任期号，交换任期号的目的：
   4.1 如果一个服务器的当前任期号比其他人小，则更新自己。
   4.2 如果一个候选人或者领导人发现自己的任期号过期了，立刻将自己变成跟随者状态。
   4.3 如果一个节点收到一个过期的任期号的请求，直接拒绝。

3. 节点之间的通信

服务器之间通过 RPC 通信，即远程方法调用。

在 Raft 中，RPC 分成 3 种：

1. 请求投票： RequestVote 由候选人在选举任期发起
2. 附加条目 AppendEntries 由领导人发起，用来复制日志和提供心跳。
3. 为了传输快照单独增加的 RPC。

备注：当服务没有及时收到 RPC 的响应时，会发起重试。

Summary

1. 3 个状态的意义和他们之间切换
2. 任期的设计背景，任期在节点通信时的作用，任期在增长策略。
3. 节点直接的通信 RPC 类型以及策略。

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