手把手教你：Raft：分布式系统的“班长选举术”（大白话版）

从零学会 Raft：分布式系统的“班长选举术”

一、Raft 是什么？

想象你和几个朋友在群里商量今晚吃什么：

• 有人提议吃火锅，有人提议吃烧烤。但网络不好，有人掉线、消息乱序，甚至有人中途改主意。你们必须达成一致：今晚到底吃什么？
• Raft 就是为了解决这个问题的算法！它让多个节点（服务器）即使在网络延迟、节点宕机的情况下，也能就某个值（比如“吃火锅”）达成一致。

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二、Raft 的核心机制

1. Leader Election（班长选举）

• 问题：谁来当班长？
• 规则：
  • 所有节点初始状态是 Follower（学生）。
  • 如果某个 Follower 等待太久了没收到 Leader 的消息，它会变成 Candidate（竞选者），发起选举。
  • Candidate 向其他节点发送投票请求，获得多数票后成为 Leader（班长）。

类比：

• 举手投票：Candidate 像班长候选人，向同学（Follower）举手求票。
• 票数过半：谁获得多数票，谁就当班长（Leader）。

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2. Log Replication（日志复制）

• 问题：班长（Leader）决定后，怎么让所有人同步？
• 规则：
  • Leader 接收客户端请求（比如“明天春游”），将指令写入自己的日志。
  • Leader 把日志同步给其他 Follower，确保所有节点数据一致。
  • 当多数节点确认收到日志后，Leader 提交日志并返回结果给客户端。

类比：

• 班长通知全班：Leader 像班长，把任务写在黑板上，确保每个人都知道。
• 少数服从多数：只要半数以上同学抄下黑板内容，任务就生效。

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3. Safety（安全性）

• 问题：如果出现多个 Leader，怎么办？
• 规则：
  • 每个 Leader 有唯一的 Term（任期），确保同一时间只有一个 Leader。
  • 如果 Follower 收到旧 Term 的请求，会拒绝（防止“假班长”干扰）。
  • 日志必须连续，不能跳过（比如不能直接从第 1 条跳到第 3 条）。

类比：

• 任期编号：班长任期有编号（Term 1, Term 2…），新班长必须任期更大。
• 防作弊：旧班长的签名无效，只有现任班长的指令才被认可。

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4. Membership Change（成员变更）

• 问题：班级有人转学，怎么更新成员名单？
• 规则：
  • 使用 Joint Consensus（联合共识）：逐步替换成员，确保过渡期间数据一致性。
  • 先让新旧成员同时参与决策，再逐步退出旧成员。

类比：

• 班级扩编：先让新同学加入班级群，再正式加入班级名单，避免混乱。

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三、Java 实现 Raft 的核心代码

// Candidate：竞选者
class Candidate {
   
   
    public void startElection()