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4.3　Raft算法 - 数据结构 - 机器学习

1113 人阅读 | 时间：2021年01月15日 01:05
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4.3　Raft算法

1189 人参与  2018年08月25日 17:23  分类 : 区块链精品文章  评论

由于Paxos太难懂、太难以实现，Raft算法应运而生。其目的是在可靠性不输于Paxos的情况下，尽可能简单易 懂。斯坦福大学的Diego Ongaro和John Ousterhout以易理解为目标，重新设计了一个分布式一致性算法Raft，并于2013年底公开发布。Raft既明确定义了算法中每个环节的细节， 也考虑到了整个算法的简单性与完整性。与Paxos相比，Raft更适合用来学习以及做工程实现。下面，笔者将以通俗易懂的方式来描述这个过程。

百花村村长一人负责对外事务。比如，县和乡两级的公文来往，公粮征收，工务摊派，税收等。

Raft是一个强Leader的共识协议。我们想象百花村是一个服务器集群，而这个集群的Leader就是村长， 村里的每户人家（follower）对应一个服务器，每户人家都保存了一个数据副本。所有的数据副本都必须保证一致性。即上级官员下到村里视察时，从每户 人家获得的信息应该是一样的。

百花村村长通过村户选举产生。谁得的票数多（简单多数）谁就当选村长。村长有任期概念（term）。任期是一直向上增长的：1，2，3，…，n，n+1，…。

这里要处理的是平票（split vote）的情况。在平票的情况下，该村村长选举失败，每户人家被分配不同的睡眠值。在睡眠期间的村户不能发起选举，但是可以投票。而且只有选举权，但是 没有被选举权。第一个走出睡眠期的村户发起新任期的选举。由于每户人家有不同长度的睡眠期，这保证了选举一定会选出一个村长，而不会僵持不下，不会出现每 次选举都平票的情况。一旦村长产生，任何针对百花村的“写”（比如政府政策宣示，普法教育）必须经过村长。

村长每天都要在村里转一圈，让所有人都看见。表明村长身体健康，足以处理公务。

村长选举出来后，要防止村长发生“故障”，必须定期检测村长是否失效。一旦发现村长发生“故障”，就要重新选举。

村长接收到上级命令，该命令数据处于未提交状态（uncommitted），接着村长会并发向所有村户发送命令， 复制数据并等待接收响应，确保至少超过半数村户接收到数据后再向上级确认数据已接收（命令已执行）。一旦向上级发出数据接收Ack响应后，表明此时数据状 态进入“已提交”（committed），村长再向村户发通知告知该数据状态已提交（即命令已执行）。

下面我们来测试各种异常情况。

（1）异常情况1

上级命令到达前，村长挂了。这个很简单，重新选举村长。上级命令以及来自外面的请求会自动过时失效，他们会重发命令和请求。

（2）异常情况2

村长接到上级命令，还没有来得及传达到各村户就挂了。这个和异常情况1类似，重新选举村长。上级命令以及来自外面的请求会自动过时失效。他们会重发命令和请求。

（3）异常情况3

村长接到上级命令，已传达到各村户，但是各村户尚未执行命令，村长就挂了。这种异常情况下，重新选举村长。新村长选出后，由于已收到命令，就可以等待各村户执行命令（也就是Commit数据）。上级命令以及来自外面的请求会自动过时失效。有可能，他们会重发命令和请求。Raft要求外部的请求可以自动去除重复。

（4）异常情况4

村长接到上级命令，已传达到各村户，各村户执行了命令，但是村长并没有收到通知，就在这时候村长挂了。这种情况类似上一种情况，新村长选出后，即可等待通知，完成剩下的任务。外部也会接到通知命令（已完成）。

（5）异常情况5

在命令执行过程中，村长身体不适，不能处理公务。因为百花村没有收到村长的“心跳”，百花村的村户就会自动选举（当前任期+1）任村长。这个时候就出现2个村长。这个时候新村长就会接过老村长角色，继续执行命令。即使原村长身体康复，也将成为普通村户。

来源：我是码农，转载请保留出处和链接！

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