raft算法

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1、角色

  Raft把集群中的节点分为三种状态:Leader、 Follower 、Candidate,理所当然每种状态负责的任务也是不一样的,Raft运行时提供服务的时候只存在Leader与Follower两种状态;

  Leader(领导者):负责日志的同步管理,处理来自客户端的请求,与Follower保持这heartBeat的联系;

  Follower(追随者):刚启动时所有节点为Follower状态,响应Leader的日志同步请求,响应Candidate的请求,把请求到Follower的事务转发给Leader;

  Candidate(候选者):负责选举投票,Raft刚启动时由一个节点从Follower转为Candidate发起选举,选举出Leader后从Candidate转为Leader状态

2、Term

在Raft中使用了一个可以理解为周期(第几届、任期)的概念,用Term作为一个周期,每个Term都是一个连续递增的编号,每一轮选举都是一个Term周期,在一个Term中只能产生一个Leader;先简单描述下Term的变化流程: Raft开始时所有Follower的Term为1,其中一个Follower逻辑时钟到期后转换为Candidate,Term加1这时Term为2(任期),然后开始选举,这时候有几种情况会使Term发生改变:

1:如果当前Term为2的任期内没有选举出Leader或出现异常,则Term递增,开始新一任期选举

2:当这轮Term为2的周期选举出Leader后,过后Leader宕掉了,然后其他Follower转为Candidate,Term递增,开始新一任期选举

3:当Leader或Candidate发现自己的Term比别的Follower小时Leader或Candidate将转为Follower,Term递增

4:当Follower的Term比别的Term小时Follower也将更新Term保持与其他Follower一致;

可以说每次Term的递增都将发生新一轮的选举,Raft保证一个Term只有一个Leader,在Raft正常运转中所有的节点的Term都是一致的,如果节点不发生故障一个Term(任期)会一直保持下去,当某节点收到的请求中Term比当前Term小时则拒绝该请求;

3、选举(Election)

Raft的选举由定时器来触发,每个节点的选举定时器时间都是不一样的,开始时状态都为Follower某个节点定时器触发选举后Term递增,状态由Follower转为Candidate,向其他节点发起RequestVote RPC请求,这时候有三种可能的情况发生:

1:该RequestVote请求接收到n/2+1(过半数)个节点的投票,从Candidate转为Leader,向其他节点发送heartBeat以保持Leader的正常运转

2:在此期间如果收到其他节点发送过来的AppendEntries RPC请求,如该节点的Term大则当前节点转为Follower,否则保持Candidate拒绝该请求

3:Election timeout发生则Term递增,重新发起选举

在一个Term期间每个节点只能投票一次,所以当有多个Candidate存在时就会出现每个Candidate发起的选举都存在接收到的投票数都不过半的问题,这时每个Candidate都将Term递增、重启定时器并重新发起选举,由于每个节点中定时器的时间都是随机的,所以就不会多次存在有多个Candidate同时发起投票的问题。

有这么几种情况会发起选举,1:Raft初次启动,不存在Leader,发起选举;2:Leader宕机或Follower没有接收到Leader的heartBeat,发生election timeout从而发起选举;

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