對標Eureka的AP一致性，Nacos如何實現Raft演算法
一、快速瞭解Raft演算法
Raft 適用於一個管理日誌一致性的協議，相比於 Paxos 協議 Raft 更易於理解和去實現它。
為了提高理解性，Raft 將一致性演算法分為了幾個部分，包括領導選取（leader selection）、日誌複製（log replication）、安全（safety），並且使用了更強的一致性來減少了必須需要考慮的狀態。
相比Paxos，Raft演算法理解起來更加直觀。
Raft演算法將Server劃分為3種狀態，或者也可以稱作角色：
Leader
負責Client互動和log複製，同一時刻系統中最多存在1個。Follower
被動響應請求RPC，從不主動發起請求RPC。Candidate
一種臨時的角色，只存在於leader的選舉階段，某個節點想要變成leader，那麼就發起投票請求，同時自己變成candidate。如果選舉成功，則變為candidate，否則退回為follower
狀態或者說角色的流轉如下：
在Raft中，問題分解為：領導選取、日誌複製、安全和成員變化。
複製狀態機通過複製日誌來實現：
日誌：每臺機器儲存一份日誌，日誌來自於客戶端的請求，包含一系列的命令
狀態機：狀態機會按順序執行這些命令
一致性模型：分散式環境下，保證多機的日誌是一致的，這樣回放到狀態機中的狀態是一致的
Raft演算法選主流程
Raft中有Term的概念，Term類比中國歷史上的朝代更替，Raft 演算法將時間劃分成為任意不同長度的任期（term）。
選舉流程
1、follower增加當前的term，轉變為candidate。
2、candidate投票給自己，併發送RequestVote RPC給叢集中的其他伺服器。
3、收到RequestVote的伺服器，在同一term中只會按照先到先得投票給至多一個candidate。且只會投票給log至少和自身一樣新的candidate。
關於Raft更詳細的描述，可以檢視這裡，從分散式一致性到共識機制（二）Raft演算法
二、Nacos中的CP一致性
Spring Cloud Alibaba Nacos 在 1.0.0 正式支援 AP 和 CP 兩種一致性協議，其中的CP一致性協議實現，是基於簡化的 Raft 的 CP 一致性。
如何實現Raft演算法
Nacos server在啟動時，會通過RunningConfig.onApplicationEvent()方法呼叫RaftCore.init()方法。
啟動選舉
public static void init() throws Exception {
Loggers.RAFT.info("initializing Raft sub-system");
// 啟動Notifier，輪詢Datums，通知RaftListener
executor.submit(notifier);
// 獲取Raft叢集節點，更新到PeerSet中
peers.add(NamingProxy.getServers());
long start = System.currentTimeMillis();
// 從磁碟載入Datum和term資料進行資料恢復
RaftStore.load();
Loggers.RAFT.info("cache loaded, peer count: {}, datum count: {}, current term: {}",
peers.size(), datums.size(), peers.getTerm());
while (true) {
if (notifier.tasks.size() <= 0) {
break;
}
Thread.sleep(1000L);
System.out.println(notifier.tasks.size());
}
Loggers.RAFT.info("finish to load data from disk, cost: {} ms.", (System.currentTimeMillis() - start));
GlobalExecutor.register(new MasterElection()); // Leader選舉
GlobalExecutor.register1(new HeartBeat()); // Raft心跳
GlobalExecutor.register(new AddressServerUpdater(), GlobalExecutor.ADDRESS_SERVER_UPDATE_INTERVAL_MS);
if (peers.size() > 0) {
if (lock.tryLock(INIT_LOCK_TIME_SECONDS, TimeUnit.SECONDS)) {
initialized = true;
lock.unlock();
}
} else {
throw new Exception("peers is empty.");
}
Loggers.RAFT.info("timer started: leader timeout ms: {}, heart-beat timeout ms: {}",
GlobalExecutor.LEADER_TIMEOUT_MS, GlobalExecutor.HEARTBEAT_INTERVAL_MS);
}在init方法主要做了如下幾件事：
- 獲取Raft叢集節點 peers.add(NamingProxy.getServers());
- Raft叢集資料恢復 RaftStore.load();
- Raft選舉 GlobalExecutor.register(new MasterElection());
- Raft心跳 GlobalExecutor.register(new HeartBeat());
- Raft釋出內容
- Raft保證內容一致性
選舉流程
其中，raft叢集內部節點間是通過暴露的Restful介面，程式碼在 RaftController 中。
RaftController控制器是raft叢集內部節點間通訊使用的，具體的資訊如下
POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/vote : 進行投票請求
POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/beat : Leader向Follower傳送心跳資訊
GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/peer : 獲取該節點的RaftPeer資訊
PUT HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum/reload : 重新載入某日誌資訊
POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Leader接收傳來的資料並存入
DELETE HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Leader接收傳來的資料刪除操作
GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : 獲取該節點儲存的資料資訊
GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/state : 獲取該節點的狀態資訊{UP or DOWN}
POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum/commit : Follower節點接收Leader傳來得到資料存入操作
DELETE HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Follower節點接收Leader傳來的資料刪除操作
GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/leader : 獲取當前叢集的Leader節點資訊
GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/listeners : 獲取當前Raft叢集的所有事件監聽者
RaftPeerSet
心跳機制
Raft中使用心跳機制來觸發leader選舉。心跳定時任務是在GlobalExecutor 中，
通過 GlobalExecutor.register(new HeartBeat())註冊心跳定時任務，具體操作包括：
- 重置Leader節點的heart timeout、election timeout；
- sendBeat()傳送心跳包
public class HeartBeat implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
if (!peers.isReady()) {
return;
}
RaftPeer local = peers.local();
local.heartbeatDueMs -= GlobalExecutor.TICK_PERIOD_MS;
if (local.heartbeatDueMs > 0) {
return;
}
local.resetHeartbeatDue();
sendBeat();
} catch (Exception e) {
Loggers.RAFT.warn("[RAFT] error while sending beat {}", e);
}
}
}
簡單說明了下Nacos中的Raft一致性實現，更詳細的流程，可以下載原始碼，檢視 RaftCore 進行了解。原始碼可以通過以下地址檢出：
git clone https://github.com/alibaba/nacos.git
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