分布式协议Raft和Paxos详解-Toy模板网

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一、Raft是一种相对简化的分布式一致性算法，它由Diego Ongaro和John Ousterhout于2013年提出。与Paxos相比，Raft的设计目标是使一致性问题更易于理解、实现和部署。

Raft协议核心思想是将一致性问题分解为几个关键组件，包括领导者选举、日志复制和安全性。

领导者选举：Raft协议通过选举一个节点作为领导者来协调整个系统的操作。每个节点在初始状态下都是跟随者（Follower）。跟随者只负责接收来自领导者或候选者的指令，并进行相应的操作。如果跟随者在一段时间内没有接收到领导者的心跳信号，则会触发新的选举过程。选举过程中，节点会转变为候选者（Candidate），并向其他节点发送投票请求。如果候选者得到多数节点的支持，则成为新的领导者。
日志复制：一旦选出领导者，它就负责接收客户端的操作请求并将其转换为日志条目（Log Entries）。领导者将这些日志条目广播给其他节点，并要求它们复制这些条目以保持一致性。当大多数节点（大致上半数以上）确认复制成功后，领导者将该日志条目提交（Commit），并将结果应用于状态机。然后领导者通知其他节点该日志已经提交，其他节点也可以将其应用到状态机上。这样，整个系统就保持了数据的一致性。
安全性：Raft协议通过限制领导者的行为来确保安全性。领导者在向其他节点发送日志条目之前，必须等待大多数节点（包括自身）确认前一条日志已经复制成功。这样可以防止过期的领导者覆盖了新的日志条目。如果领导者失效，系统会触发新的选举过程，确保选出新的领导者。

总体而言，Raft算法的设计相对清晰，并且易于理解和实现。它提供了领导者选举、日志复制和安全性等基本机制，以实现分布式系统中的一致性。由于其简单性和可理解性，Raft被广泛用于构建可靠的分布式系统。

二、Paxos协议是一种分布式一致性协议，由Leslie Lamport于1990年提出。它被广泛应用于分布式系统中，用于解决在异步网络环境下的一致性问题。

Paxos协议的核心思想是通过多个阶段的消息传递和投票来达成一致。以下是Paxos协议的基本流程：

阶段一：准备（Prepare）
- 提议者（Proposer）选择一个提案号（Proposal Number），并向多个接受者（Acceptor）发送准备请求。
- 接受者收到准备请求后，如果收到的提案号大于等于之前的最高提案号，则接受者返回一个承诺（Promise），其中包含接受者之前接受的最高提案号及其对应的提案值。
- 如果接受者已经接受了某个提案，则将该提案的提案号及其对应的提案值作为返回承诺的一部分。
阶段二：接受（Accept）
- 如果提议者收到了大多数接受者返回的承诺，则提议者可以发送接受请求。
- 接受请求中包含提议者选择的提案号以及根据收到的承诺确定的提案值。
- 接受者收到接受请求后，如果接受者收到的提案号大于等于之前承诺的最高提案号，则接受请求，并返回一个接受回复（Accepted）。
- 如果接受者接受了某个提案，则将接受回复中的提案号及其对应的提案值记为当前接受的提案。
阶段三：学习（Learn）
- 当提议者收到大多数接受者返回的接受回复后，提议者知道自己的提案已经被大多数节点接受。
- 提议者可以发送学习请求（Learn Request）来广播已经被接受的提案。
- 接受者收到学习请求后，将保存该提案并告知其他节点。