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什麼是paxos協議？
Paxos用於解決分散式系統中一致性問題。分散式一致性演算法（Consensus Algorithm）是一個分散式計算領域的基礎性問題，其最基本的功能是為了在多個程序之間對某個（某些）值達成一致（強一致）；簡單來說就是確定一個值，一旦被寫入就不可改變。paxos用來實現多節點寫入來完成一件事情，例如mysql主從也是一種方案，但這種方案有個致命的缺陷，如果主庫掛了會直接影響業務，導致業務不可寫，從而影響整個系統的高可用性。paxos協議是隻是一個協議，不是具體的一套解決方案。目的是解決多節點寫入問題。



paxos協議用來解決的問題可以用一句話來簡化：

將所有節點都寫入同一個值，且被寫入後不再更改。
paxos的幾個基本概念
一、兩個操作：

Proposal Value：提議的值；
Proposal Number：提議編號，可理解為提議版本號，要求不能衝突；
二、三個角色：

Proposer：提議發起者。Proposer 可以有多個，Proposer 提出議案（value）。所謂 value，可以是任何操作，比如“設定某個變數的值為value”。不同的 Proposer 可以提出不同的 value，例如某個Proposer 提議“將變數 X 設定為 1”，另一個 Proposer 提議“將變數 X 設定為 2”，但對同一輪 Paxos過程，最多隻有一個 value 被批准。
Acceptor：提議接受者；Acceptor 有 N 個，Proposer 提出的 value 必須獲得超過半數(N/2+1)的 Acceptor批准後才能通過。Acceptor 之間完全對等獨立。
Learner：提議學習者。上面提到只要超過半數accpetor通過即可獲得通過，那麼learner角色的目的就是把通過的確定性取值同步給其他未確定的Acceptor。
️三、協議過程

一句話說明是：

proposer將發起提案（value）給所有accpetor，超過半數accpetor獲得批准後，proposer將提案寫入accpetor內，最終所有accpetor獲得一致性的確定性取值，且後續不允許再修改。
協議分為兩大階段，每個階段又分為A/B兩小步驟：

準備階段（佔坑階段）
第一階段A：Proposer選擇一個提議編號n，向所有的Acceptor廣播Prepare（n）請求。
第一階段B：Acceptor接收到Prepare（n）請求，若提議編號n比之前接收的Prepare請求都要大，則承諾將不會接收提議編號比n小的提議，並且帶上之前Accept的提議中編號小於n的最大的提議，否則不予理會。
接受階段（提交階段）
第二階段A：整個協議最為關鍵的點：Proposer得到了Acceptor響應
如果未超過半數accpetor響應，直接轉為提議失敗；
如果超過多數Acceptor的承諾，又分為不同情況：
如果所有Acceptor都未接收過值（都為null），那麼向所有的Acceptor發起自己的值和提議編號n，記住，一定是所有Acceptor都沒接受過值；
如果有部分Acceptor接收過值，那麼從所有接受過的值中選擇對應的提議編號最大的作為提議的值，提議編號仍然為n。但此時Proposer就不能提議自己的值，只能信任Acceptor通過的值，維護一但獲得確定性取值就不能更改原則；
第二階段B：Acceptor接收到提議後，如果該提議版本號不等於自身儲存記錄的版本號（第一階段記錄的），不接受該請求，相等則寫入本地。


整個paxos協議過程看似複雜難懂，但只要把握和理解這兩點就基本理解了paxos的精髓：

1. 理解第一階段accpetor的處理流程：如果本地已經寫入了，不再接受和同意後面的所有請求，並返回本地寫入的值；如果本地未寫入，則本地記錄該請求的版本號，並不再接受其他版本號的請求，簡單來說只信任最後一次提交的版本號的請求，使其他版本號寫入失效；

2. 理解第二階段proposer的處理流程：未超過半數accpetor響應，提議失敗；超過半數的accpetor值都為空才提交自身要寫入的值，否則選擇非空值裡版本號最大的值提交，最大的區別在於是提交的值是自身的還是使用以前提交的。



下面通過具體案例來深刻理解這兩點。

協議過程舉例：

看這個最簡單的例子：1個processor，3個Acceptor，無learner。

目標：proposer向3個aceptort 將name變數寫為v1。

第一階段A：proposer發起prepare（name，n1）,n1是遞增提議版本號，傳送給3個Acceptor，說，我現在要寫name這個變數，我的版本號是n1
第一階段B：Acceptor收到proposer的訊息，比對自己內部儲存的內容，發現之前name變數（null，null）沒有被寫入且未收到過提議，都返回給proposer，並在內部記錄name這個變數，已經有proposer申請提議了，提議版本號是n1;
第二階段A：proposer收到3個Acceptor的響應，響應內容都是：name變數現在還沒有寫入，你可以來寫。proposer確認獲得超過半數以上Acceptor同意，發起第二階段寫入操作：accept（v1,n1），告訴Acceptor我現在要把name變數協議v1,我的版本號是剛剛獲得通過的n1;
第二階段B：accpetor收到accept（v1,n1），比對自身的版本號是一致的，儲存成功，並響應accepted（v1,n1）；
結果階段：proposer收到3個accepted響應都成功，超過半數響應成功，到此name變數被確定為v1。


以上是正常的paxos協議提議確定流程，是不是很簡單，很容易理解呢？

確定你理解了上面的例子再往後看。

這是最簡單也最容易理解的例子，但真實情況遠比這個複雜，還有以下問題：

如果其中的某個Acceptor沒響應怎麼處理？
如果只寫成功了一個accpetor又怎麼處理，寫成功兩個呢？
如果多個proposer併發寫會導致accpetor寫成不同值嗎？
learner角色是做什麼用？
為什麼是超過半數同意？
paxos特殊情況下的處理
第一種情況：Proposer提議正常，未超過accpetor失敗情況

問題：還是上面的例子，如果第二階段B，只有2個accpetor響應接收提議成功，另外1個沒有響應怎麼處理呢？

處理：proposer發現只有2個成功，已經超過半數，那麼還是認為提議成功，並把訊息傳遞給learner，由learner角色將確定的提議通知給所有accpetor，最終使最後未響應的accpetor也同步更新，通過learner角色使所有Acceptor達到最終一致性。



第二種情況：Proposer提議正常，但超過accpetor失敗情況

問題：假設有2個accpetor失敗，又該如何處理呢？

處理：由於未達到超過半數同意條件，proposer要麼直接提示失敗，要麼遞增版本號重新發起提議，如果重新發起提議對於第一次寫入成功的accpetor不會修改，另外兩個accpetor會重新接受提議，達到最終成功。



情況再複雜一點：還是一樣有3個accpetor，但有兩個proposer。

情況一：proposer1和proposer2序列執行

proposer1和最開始情況一樣，把name設定為v1，並接受提議。

proposer1提議結束後，proposer2發起提議流程：

第一階段A：proposer1發起prepare（name，n2）

第一階段B：Acceptor收到proposer的訊息，發現內部name已經寫入確定了，返回（name,v1,n1）

第二階段A：proposer收到3個Acceptor的響應，發現超過半數都是v1，說明name已經確定為v1，接受這個值，不在發起提議操作。



情況二：proposer1和proposer2交錯執行

proposer1提議accpetor1成功，但寫入accpetor2和accpetor3時，發現版本號已經小於accpetor內部記錄的版本號（儲存了proposer2的版本號），直接返回失敗。

proposer2寫入accpetor2和accpetor3成功，寫入accpetor1失敗，但最終還是超過半數寫入v2成功，name變數最終確定為v2；

proposer1遞增版本號再重試發現超過半數為v2，接受name變數為v2，也不再寫入v1。name最終確定還是為v2



情況三：proposer1和proposer2第一次都只寫成功1個Acceptor怎麼辦

都只寫成功一個，未超過半數，那麼Proposer會遞增版本號重新發起提議，這裡需要分多種情況：

3個Acceptor都響應提議，發現Acceptor1{v1,n1} ,Acceptor2{v2,n2},Acceptor{null,null}，Processor選擇最大的{v2,n2}發起第二階段，成功後name值為v2;
2個Acceptor都響應提議，
如果是Acceptor1{v1,n1} ,Acceptor2{v2,n2}，那麼選擇最大的{v2,n2}發起第二階段，成功後name值為v2;
如果是Acceptor1{v1,n1} ,Acceptor3{null,null}，那麼選擇最大的{v1,n1}發起第二階段，成功後name值為v1;
如果是Acceptor2{v2,n2} ,Acceptor3{null,null}，那麼選擇最大的{v2,n2}發起第二階段，成功後name值為v2;
只有1個Acceptor響應提議，未達到半數，放棄或者遞增版本號重新發起提議
可以看到，都未達到半數時，最終值是不確定的！



整個過程自己也在學習，如有不對的地方歡迎指出：）

收集到一些資料可以分享下，也相當於分享自己的學習過程：

1. 首先，推薦的是知行學社的《分散式系統與Paxos演算法視訊課程》： ，視訊講的非常好，很適合入門，循序漸進慢慢推導，我自己看了不下5遍，視訊講解理解更深，推薦大家都看看，視訊末尾說有後續介紹，一直沒有找到，如果有哪位大俠找到了通知下我，不勝感激。

2. 推薦劉傑的《分散式系統原理介紹》 ，裡面有關於paxos的詳細介紹，例子非常多，也有包括paxos協議的證明過程，大而全，質量相當高的一份學習資料！

3. 推薦的一份高質量ppt《可靠分散式系統基礎 Paxos 的直觀解釋》，雖然是隻是一份ppt沒有講解視訊，但看ppt也能理解整個的paxos介紹和推導過程，寫的很具體，配圖很清晰明瞭；

4. 微信的幾篇公眾號文章：《微信PaxosStore：深入淺出Paxos演算法協議》（微信PaxosStore：深入淺出Paxos演算法協議 ）、《微信開源：生產級paxos類庫PhxPaxos實現原理介紹》（微信自研生產級paxos類庫PhxPaxos實現原理介紹 ），文章寫的都挺好，但是博文有個缺點是知識比較零散，不適合入門，需要有一定基礎才好理解；

5. 技術類的東西怎麼能只停留在看上面，肯定要看程式碼啊，推薦微信開源的phxpaxos：https://github.com/tencent-wechat/phxpaxos，結合程式碼對協議理解更深，很多時候說了一大堆看程式碼就是一個if或者for迴圈，看了程式碼豁然開朗。

6. 如果英文可以的話，一定要看看paxos作者Lamport《paxos made simple》的論文。


總結
Paxos協議是用來解決分散式系統中一致性問題的其中一種解決方案。協議過程看似羞澀難懂，只要理解accpetor接收階段的不同處理流程和proposer提議階段的處理流程，也就基本掌握了paxos協議的精髓，處理流程也不復雜，只是異常條件分支較多，只要一個個去理解也沒什麼難度，比我們寫的業務流程簡單多了。



最最後，如果有哪裡寫的不對的地方，歡迎指出共同學習，共同進步！
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作者：yinnnnnnn
來源：CSDN
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