在 Nacos 中，Raft 协议的实现是其 CP 模式（强一致性） 的核心机制，主要用于 配置管理模块（Config Module） 的数据同步与一致性保障。Nacos 并未直接使用 etcd 的 Raft 库，而是基于 Raft 论文思想，自研了一套轻量级的 Raft 实现，通过 HTTP 协议进行节点通信。
本文将从 源码角度 深入解析 Nacos 中 Raft 协议的 Leader 选举 与 日志复制 两大核心流程，结合关键类、方法调用链和代码片段，带你彻底理解其实现原理。
一、前置知识：Nacos Raft 的整体架构
- 模块位置：
com.alibaba.nacos.core.distributed.raft - 通信方式：基于 HTTP 的自定义 RPC（非 gRPC）
- 数据存储：
- 日志：
{nacos.home}/data/protocol/raft/{group}/log.data - 快照：
{nacos.home}/data/protocol/raft/{group}/snapshot/
- 日志：
- 核心角色类：
RaftPeer：表示一个 Raft 节点（Follower/Leader/Candidate）RaftCore：Raft 的核心调度引擎LogProcessor：日志提交后的状态机处理器（如更新配置）RaftStore：日志和快照的持久化存储
二、Leader 选举源码详解
1. 触发选举的入口：GlobalTaskScheduler
Nacos 使用定时任务调度器启动选举超时机制。
// com.alibaba.nacos.core.distributed.raft.RaftCore#start
public void start() {
GlobalExecutor.submitLeaderTask(new MasterElectionCore());
GlobalExecutor.submitHeartBeat(new HeartBeatCore());
}
其中 MasterElectionCore 是选举核心任务。
2. 选举超时逻辑：MasterElectionCore
class MasterElectionCore implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
// 如果当前是 Follower 且长时间未收到心跳，触发选举
if (peers.isLeader(null) || peers.getLeader() == null) {
Loggers.RAFT.info("No leader is available, start leader election.");
requestVote();
}
} catch (Exception e) {
Loggers.RAFT.error("Exception while master election", e);
}
}
}
peers.isLeader(null)：判断当前是否为 Leader。- 若无 Leader 或自己不是 Leader，且超时未收到心跳，则调用
requestVote()发起投票。
⏱️ 选举超时时间默认为 500ms ~ 1000ms 随机值，防止脑裂。
3. 发起投票：RaftCore#requestVote
public synchronized void requestVote() {
// 提升 term
long term = peers.term.incrementAndGet();
// 变为 Candidate
RaftPeer local = peers.get(NetUtils.localServer());
local.voteFor = local.ip;
local.state = RaftPeer.State.CANDIDATE;
local.term.set(term);
Loggers.RAFT.info("leader timeout, start voting, me: {}", local.ip);
// 向其他节点广播投票请求
final long start = System.currentTimeMillis();
List<CompletableFuture<Void>> votes = new ArrayList<>();
for (final String server : peers.allServers()) {
if (NetUtils.localServer().equals(server)) {
continue;
}
final String url = "http://" + server + ":8848/nacos/v1/raft/vote";
// 构造投票请求参数
Map<String, String> params = new HashMap<>();
params.put("term", String.valueOf(term));
params.put("candidate", local.ip);
params.put("voteGranter", local.ip);
// 异步发送 HTTP 请求
votes.add(HttpAsyncClient.INSTANCE.get(url, params).thenRun(() -> {
// 收到投票响应
}));
}
// 等待多数节点响应
CompletableFuture.allOf(votes.toArray(new CompletableFuture[0]))
.thenRun(() -> {
// 统计得票数
int voteCount = 1; // 自己投自己
for (RaftPeer peer : peers.all()) {
if (peer.term.get() == term && peer.voteFor.equals(local.ip)) {
voteCount++;
}
}
// 如果获得多数票，成为 Leader
if (voteCount > peers.all().size() / 2) {
becomeLeader();
}
});
}
关键点解析：
- term 自增：每个 Candidate 提出更高 term。
- 广播 RequestVote：通过 HTTP 向所有其他节点发送
/nacos/v1/raft/vote。 - 异步等待多数响应：使用
CompletableFuture并行处理。 - 多数派判定：
voteCount > N/2才能成为 Leader。
4. 接收投票请求：VoteRequestHandler
// com.alibaba.nacos.core.distributed.raft.processor.impl.CandidateHandler
public class CandidateHandler extends RequestHandler {
@Override
public HttpServerResponse handle(HttpRequest request, HttpServerResponse response) {
String termStr = request.getParam("term");
String candidateIP = request.getParam("candidate");
long term = Long.parseLong(termStr);
RaftPeer local = peers.get(NetUtils.localServer());
// 如果收到的 term 更高，且日志不落后，则投票
if (term > local.term.get()) {
local.term.set(term);
local.voteFor = candidateIP;
local.state = RaftPeer.State.FOLLOWER;
// 重置选举定时器
resetLeaderTimeout();
return HttpResponseBuilder.create().entity("OK").build();
}
return HttpResponseBuilder.create().entity("DENY").build();
}
}
- 投票条件：
term >= local.term- 日志“至少一样新”（Nacos 中简化为 term 比较）
- 投票后重置选举超时，防止重复选举。
5. 成为 Leader：becomeLeader()
private void becomeLeader() {
RaftPeer local = peers.get(NetUtils.localServer());
local.state = RaftPeer.State.LEADER;
local.leader = local.ip;
// 启动心跳任务
GlobalExecutor.submitHeartBeat(new HeartBeatCore());
Loggers.RAFT.info("Became the LEADER: {}", local.ip);
}
- 设置状态为
LEADER - 启动
HeartBeatCore定时发送心跳
三、日志复制源码详解
1. 写请求入口：RaftController#write
// com.alibaba.nacos.naming.controllers.RaftController
@PostMapping("/write")
public ResponseEntity<String> write(@RequestBody String value) {
try {
// 提交日志条目
raftCore.submit(value);
return ResponseEntity.ok("OK");
} catch (Exception e) {
return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).build();
}
}
所有写请求最终都会调用 raftCore.submit()。
2. 日志提交：RaftCore#submit
public synchronized boolean submit(String value) {
// 只有 Leader 能处理写请求
if (!isLeader()) {
// 转发给 Leader
return forwardToLeader(value);
}
// 封装为日志条目
LogEntry logEntry = new LogEntry();
logEntry.setTerm(peers.get(NetUtils.localServer()).term.get());
logEntry.setData(value);
logEntry.setType(LogEntry.Type.COMMAND);
// 写入本地日志
logStore.write(logEntry);
// 复制日志到其他节点
replicate(logEntry);
return true;
}
- 非 Leader 节点：调用
forwardToLeader()转发请求。 - Leader 节点：写本地日志 → 调用
replicate()复制。
3. 日志复制：replicate()
private void replicate(LogEntry entry) {
for (String server : peers.allServers()) {
if (server.equals(NetUtils.localServer())) {
continue;
}
// 获取该节点的 nextIndex
int nextIndex = getNextIndex(server);
LogEntry prevLog = logStore.read(nextIndex - 1);
// 构造 AppendEntries 请求
Map<String, Object> request = new HashMap<>();
request.put("leaderId", NetUtils.localServer());
request.put("term", peers.get(NetUtils.localServer()).term.get());
request.put("prevLogIndex", nextIndex - 1);
request.put("prevLogTerm", prevLog != null ? prevLog.getTerm() : 0);
request.put("entries", Collections.singletonList(entry));
request.put("leaderCommit", commitIndex);
// 发送 HTTP 请求
String url = "http://" + server + ":8848/nacos/v1/raft/heartbeat";
HttpAsyncClient.INSTANCE.post(url, request, new WriteCallback() {
@Override
public void onSuccess(String result) {
// 更新 nextIndex 和 matchIndex
matchIndex.put(server, entry.getIndex());
nextIndex.put(server, entry.getIndex() + 1);
// 检查是否可以提交
checkCommit();
}
@Override
public void onFail(Throwable e) {
// 重试或回退 nextIndex
retryReplicate(server);
}
});
}
}
- prevLogIndex / prevLogTerm：用于一致性检查。
- 异步回调：成功后更新
matchIndex，失败则重试。
4. 接收 AppendEntries：FollowerHandler
// com.alibaba.nacos.core.distributed.raft.processor.impl.FollowerHandler
public class FollowerHandler extends RequestHandler {
@Override
public HttpServerResponse handle(HttpRequest request, HttpServerResponse response) {
Map<String, Object> body = parseBody(request);
long prevLogIndex = (Long) body.get("prevLogIndex");
long prevLogTerm = (Long) body.get("prevLogTerm");
List<LogEntry> entries = (List<LogEntry>) body.get("entries");
RaftPeer local = peers.get(NetUtils.localServer());
// 一致性检查
LogEntry prevLog = logStore.read(prevLogIndex);
if (prevLog == null || prevLog.getTerm() != prevLogTerm) {
return HttpResponseBuilder.create().status(400).entity("Log not matched").build();
}
// 追加新日志（覆盖冲突日志）
for (LogEntry entry : entries) {
if (logStore.read(entry.getIndex()) == null) {
logStore.write(entry);
} else {
// 日志冲突，覆盖
logStore.deleteFrom(entry.getIndex());
logStore.write(entry);
}
}
// 更新 commitIndex
long leaderCommit = (Long) body.get("leaderCommit");
if (leaderCommit > commitIndex) {
commitIndex = Math.min(leaderCommit, logStore.getLastIndex());
// 提交日志到状态机
applyLogToStateMachine();
}
return HttpResponseBuilder.create().entity("OK").build();
}
}
- 日志冲突处理：若
prevLog不匹配，拒绝复制。 - 覆盖机制：Leader 强制覆盖 Follower 的冲突日志。
- 更新 commitIndex：并尝试应用日志。
5. 提交日志：checkCommit() 与 applyLogToStateMachine()
private void checkCommit() {
List<Long> matchIndexList = new ArrayList<>(matchIndex.values());
Collections.sort(matchIndexList);
int N = matchIndexList.size();
long newCommitIndex = matchIndexList.get(N - (N / 2 + 1)); // 中位数
if (newCommitIndex > commitIndex) {
commitIndex = newCommitIndex;
applyLogToStateMachine();
}
}
private void applyLogToStateMachine() {
while (lastApplied < commitIndex) {
lastApplied++;
LogEntry entry = logStore.read(lastApplied);
// 通知状态机处理器（如配置管理）
for (LogProcessor processor : logProcessors) {
processor.onApply(entry);
}
}
}
- 多数派确认：取
matchIndex的中位数作为可提交索引。 - 应用到状态机：触发
LogProcessor（如更新 Config 数据）
四、关键类图与调用链总结
1. Leader 选举调用链
GlobalExecutor → MasterElectionCore.run()
→ RaftCore.requestVote()
→ HTTP POST /vote
→ CandidateHandler.handle()
→ 投票逻辑
→ becomeLeader() → 启动心跳
2. 日志复制调用链
RaftController.write()
→ RaftCore.submit()
→ replicate()
→ HTTP POST /heartbeat
→ FollowerHandler.handle()
→ 日志追加 + commit 更新
→ applyLogToStateMachine() → 更新配置
五、源码级总结
| 机制 | 源码实现要点 |
|---|---|
| Leader 选举 | 基于定时任务 + term 递增 + HTTP 投票 + 多数派判定 |
| 日志复制 | Leader 写本地 → 广播 AppendEntries → Follower 检查 prevLog → 追加日志 → Leader 提交 |
| 一致性保证 | 多数派复制 + 日志匹配 + 强 Leader 覆盖 |
| 状态机应用 | LogProcessor.onApply() 回调更新配置数据 |
| 持久化 | LogStore 写磁盘，支持快照 |
六、建议阅读源码路径
RaftCore.java：核心调度RaftPeer.java：节点状态LogStore.java：日志文件读写RaftController.java：HTTP 接口CandidateHandler.java/FollowerHandler.java：RPC 处理器LogProcessor.java：状态机接口（如ConfigLogProcessor）
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