redis cluster之Gossip协议

什么是Gossip协议

Gossip protocol 也叫 Epidemic Protocol (流行病协议),实际上它还有很多别名,比如:“流言算法”、“疫情传播算法”等。

这个协议的作用就像其名字表示的意思一样,非常容易理解,它的方式其实在我们日常生活中也很常见,比如电脑病毒的传播,森林大火,细胞扩散等等。

Gossip protocol 最早是在 1987 年发表在 ACM 上的论文 《Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance》中被提出。主要用在分布式数据库系统中各个副本节点同步数据之用,这种场景的一个最大特点就是组成的网络的节点都是对等节点,是非结构化网络。

Gossip 过程是由种子节点发起,当一个种子节点有状态需要更新到网络中的其他节点时,它会随机的选择周围几个节点散播消息,收到消息的节点也会重复该过程,直至最终网络中所有的节点都收到了消息。这个过程可能需要一定的时间,由于不能保证某个时刻所有节点都收到消息,但是理论上最终所有节点都会收到消息,因此它是一个最终一致性协议

Gossip 演示

现在,我们通过一个具体的实例来深入体会一下 Gossip 传播的完整过程

为了表述清楚,我们先做一些前提设定

1、Gossip 是周期性的散播消息,把周期限定为 1 秒

2、被感染节点随机选择 k 个邻接节点(fan-out)散播消息,这里把 fan-out 设置为 3,每次最多往 3 个节点散播。

3、每次散播消息都选择尚未发送过的节点进行散播

4、收到消息的节点不再往发送节点散播,比如 A -> B,那么 B 进行散播的时候,不再发给 A。

这里一共有 16 个节点,节点 1 为初始被感染节点,通过 Gossip 过程,最终所有节点都被感染:

image.png

Gossip 的特点(优势)
1)扩展性

网络可以允许节点的任意增加和减少,新增加的节点的状态最终会与其他节点一致。

2)容错

网络中任何节点的宕机和重启都不会影响 Gossip 消息的传播,Gossip 协议具有天然的分布式系统容错特性。

3)去中心化

Gossip 协议不要求任何中心节点,所有节点都可以是对等的,任何一个节点无需知道整个网络状况,只要网络是连通的,任意一个节点就可以把消息散播到全网。

4)一致性收敛

Gossip 协议中的消息会以一传十、十传百一样的指数级速度在网络中快速传播,因此系统状态的不一致可以在很快的时间内收敛到一致。消息传播速度达到了 logN。

5)简单

Gossip 协议的过程极其简单,实现起来几乎没有太多复杂性。

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