14、分布式系统中的共识算法解析

分布式系统中的共识算法解析

1. Paxos算法概述

Paxos算法核心简单，却能高效实现安全和活性保障。其正确性证明较复杂，不过各属性背后的原理如下：
- 一致性 ：确保只有一个提案能获得多数接受者的投票。
- 有效性 ：只有真实的提案才能被确定，即只有先在提案消息中提出的值才能被提交。
- 活性（终止性） ：在协议执行过程中的某个时刻，最终会有一段时间只有一个无故障的提议者。

尽管Paxos算法核心简单，但理解起来有挑战。不过，它已在许多生产网络中得到应用，如Google的Spanner，被证明是解决共识问题最有效的协议。同时，也有人尝试创建更易理解的替代算法，Raft算法就是这样的尝试。

2. Raft算法

2.1 算法简介

Raft协议是由斯坦福大学的Diego Ongaro和John Ousterhout开发的CFT共识机制，假设领导者始终诚实。从概念上讲，它是用于复制状态机（RSM）的复制日志，每个“任期”（时间划分）选举一个唯一的领导者，其日志会复制到所有跟随者节点。

2.2 子问题

Raft算法由三个子问题组成：
- 领导者选举（现有领导者失败时选举新领导者）
- 日志复制（领导者与跟随者之间的日志同步）
- 安全性（服务器之间无冲突的日志条目（索引））

2.3 协议保证

Raft协议确保选举安全（每个选举任期只有一个获胜者）、领导者只追加、日志匹配、领导者完