Raft 算法

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1 Raft 共识算法简介

1.1 设计理念

Raft 将 可理解性（Understandability） 作为首要设计目标，为此主要采用了两大策略：

• 问题分解
  将复杂的共识问题拆解为三个相对独立的子问题，使得每个子问题可以单独理解和实现：

  • 领导者选举（Leader Election）
  • 日志复制（Log Replication）
  • 安全性（Safety）

• 状态简化
  通过减少算法中需要考虑的状态数量，降低系统的整体复杂度，使行为更加清晰可预测。

1.2 三大新颖特性

Raft 在设计中引入了以下三项创新特性，使其相较于 Paxos 更易理解、更适于工程实践：

1. 强领导者（Strong Leader）
   日志条目仅从领导者单向流向其他服务器，领导者拥有绝对权威，极大简化了日志复制和一致性管理。

2. 随机化领导者选举（Randomized Timers）
   通过随机化选举超时时间，有效避免选票分裂，实现快速、可靠的领导者选举。

3. 联合共识成员变更（Joint Consensus）
   采用两阶段过渡方案，在不中断集群服务的前提下安全地增删服务器，避免配置变更期间出现双主问题。

1.3 共识算法的本质任务

共识算法本质任务，就是如何让多台机器上的复制日志（Replicated Log）完全一致

只要共识模块能保证：如果两条日志从起点开始，包含的指令序列完全相同，那么回放这些指令后，状态机的状态必然完全相同。

客户端发送命令 → 共识模块（Consensus Module）将命令写入日志 → 共识模块确保所有服务器日志中的命令序列完全相同 → 每台服务器的状态机按相同顺序执行日志中的命令 → 所有服务器状态最终一致。