使用 Raft 算法实现高可用分布式共识

2024-02-20 13:17:44

Raft 概述
Raft 是一种用于分布式系统中实现共识的算法，它以其简单、易理解和高容错性而著称。Raft 将服务器分为以下几种角色：

领导者（Leader） ：负责管理集群并对客户端请求做出响应。
跟随者（Followers） ：被动接收领导者发送的日志条目并更新自己的本地副本。
候选者（Candidates） ：当领导者宕机时，候选者会发起选举以争夺领导权。

Raft 算法通过以下几个阶段来保证数据的一致性：

领导者选举 ：如果当前领导者宕机，候选者会发起选举来争夺领导权。
日志复制 ：领导者将日志条目复制到集群中其他服务器的本地副本中。
心跳：领导者定期向跟随者发送心跳消息，以维持集群的稳定性。

使用 Golang 实现 Raft 服务器

为了演示 Raft 算法的实现，我们使用 Golang 语言创建了一个简单的 Raft 服务器。以下是主要步骤：

// Raft 服务器结构体
type Raft struct {
    id int // 服务器 ID
    peers []*Peer // 其他服务器地址
    state State // 当前服务器状态
    currentTerm int // 当前任期号
    votedFor int // 投票给的候选者 ID
    log []*LogEntry} // 日志条目

// 候选者结构体
type Candidate struct {
    id int // 候选者 ID
    term int // 当前任期号
    lastLogIndex int // 最后一条日志条目索引
    lastLogTerm int // 最后一条日志条目任期号}

领导者选举
当领导者宕机时，候选者会发起选举。候选者向其他服务器发送投票请求，如果获得多数服务器的选票，则成为新的领导者。

func (c *Candidate) startElection() {
    c.state = Candidate
    c.currentTerm++
    c.votedFor = c.id
    c.lastLogIndex++
    c.lastLogTerm++
    
    // 向其他服务器发送投票请求
    for _, peer := range c.peers {
        go peer.sendVoteRequest(c)
    }
}

日志复制
领导者会将日志条目复制到跟随者。跟随者收到日志条目后，会将自己的本地副本更新为领导者的副本。

func (l *Leader) sendAppendEntries(peer *Peer) {
    lastLogIndex := l.log[len(l.log)-1].index
    term := l.log[len(l.log)-1].term
    
    // 向跟随者发送追加日志条目请求
    peer.sendAppendEntriesRequest(l.id, l.currentTerm, lastLogIndex, term, l.log[len(l.log)-1].data)
}

心跳
领导者定期向跟随者发送心跳消息，以维持集群的稳定性。心跳消息包含当前领导者的任期号和最近提交日志条目的索引。

func (l *Leader) sendHeartbeats() {
    for _, peer := range l.peers {
        go peer.sendHeartBeatRequest(l.id, l.currentTerm, l.commitIndex)
    }
}