Raft实现线性一致性及优化

线性一致性

线性一致性（Linearizability）是最强的一致性模型，CAP定理中的C就是指线性一致性。

线性一致性强调操作是原子的，整个分布式系统看起来好像只有一个节点。
严格定义如下：给定一个执行历史，执行历史根据并发操作可以扩展为多个顺序历史（Sequential History），只要从中找到一个合法的顺序历史，那么该执行历史就是线性一致的。

线性一致性主要有两个约束条件，第一，顺序记录中的任何一次读必须读到最近一次写入的数据；第二，顺序记录要跟全局时钟下的顺序一致。
为了实现线性一致性，往往需要原子CAS等操作等开销，性能会收到影响。

raft实现线性一致性

当出现网络分区时，可能会出现两个领导者。旧领导者仍在工作，但集群其他部分选举出一个新的领导者，并提交了新的日志条目。如果此时客户端联系的领导者是旧领导者，那么旧领导者会将结果返回给客户端。线性一致性要求读操作必须返回最近的一次写操作给客户端。
实现线性一致性的一种办法是，领导者将读请求当作写请求处理即读请求也走Raft，领导者收到读请求时同样写入一条日志，等到raft集群将该日志复制、提交并应用到状态机后，返回读请求结果。因为旧领导者是不能提交日志的。
这种方法的问题是，每次读请求都需要完整的运行一次Raft实例，尤其是需要复制日志并将日志写入多数派节点的持久化存储，造成额外的性能开销。

目前主要有两种方法实现线性一致性：etcd中采用Read Index策略，TiKV采用Read Index和Lease Read掌权时间。

Read Index

主要流程如下：