图解 Paxos 算法

Paxos 算法由 Leslie Lamport 在 1989 年提出的一个分布式共识算法，Paxos 算法较难理解，本文尝试以图形化方案解释 Paxos 算法。

本文在很大篇幅参考了韩健极客时间的课程《分布式协议与算法》，有兴趣了解韩老师其他课程的同学可以购买来学习下。

Lamport 提出的 Paxos 算法包括两个部分：

• Basic Paxos 算法：多节点如何就某个值达成共识
• Multi Paxos 思想：执行多个 Basic Paxos ，就一系列的值达成共识

Basic Paxos

问题

假设一个集群包含三个节点 A, B, C，提供只读 key-value 存储服务。只读 key-value 的意思是指，当一个 key 被创建时，它的值就确定下来了，且后面不能修改。

客户端 1 和客户端 2 同时试图创建一个 X 键。客户端 1 创建值为 "leehao.me" 的 X ，客户端 2 创建值为 "www.leehao.me" 的 X。在这种情况下，集群如何达成共识，实现各节点上 X 的值一致呢？

Paxos 涉及的概念

在 Paxos 算法中，存在提议者（Proposer），接受者（Acceptor），学习者（Learner）三种角色，它们的关系如下：

• 提议者（Proposer）：提议一个值，用于投票表决，可以将上图客户端 1 和客户端 2 看作提议者。实际上，提议者更多是集群内的节点，这里为了演示的方便，将客户端 1 和 2 看作提议者，不影响 Paxos 算法的实质
• 接受者（Acceptor）：对每个提议的值进行投票，并存储接受的值，例如，上图集群内的节点 A、B、C
• 学习者（Learner）：被告知投票的结果，接受达成共识的值，不参与投票的过程，存储接受数据

需要指出的是，一个节点，既可以是提议者，也可以是接受者。

在 Paxos 算法中，使用提案表示一个提议，提案包括提案编号和提议的值。接下来，我们使用 [n, v] 表示一个提案，其中，n 是提案编号，v 是提案的值。

在 Basic Paxos 中，集群中各个节点为了达成共识，需要进行 2 个阶段的协商，即准备（Prepare）阶段和接受（Accept）阶段。

准备阶段

假设