raft算法选举流程详解

引入主节点,通过竞选来获取主节点。节点分为三类:

  • 领头结点 Leader
  • 从节点 Follower
  • 候选节点 Candidate

想象咱们身处一个居民社区里面,这个社区需要选举出一位业委会主任来负责新年的社区大事,Raft 算法会经历如下 3 个阶段。

1)业委会主任选举 —— 领导选举(Leader Election)

  • 业委会主任的选举开始了,大家需要从众多热心的业主中选出一位来担任这个角色。
  • 就在这时,业主张三挺身而出,他告诉大家:“我愿意担任业委会主任,大家看我行不行”?这就相当于 Raft 算法中的一个节点(Candidate)发起了一次领导选举
  • 随后,张三需要让大家投票支持他。如果在规定的时间内,大多数业主(即节点的多数)都支持张三,那么张三就当选成为了新的业委会主任。这个过程类似于 Raft 算法中通过选票获得多数同意后,成为 领导者(Leader)
图片[1]-raft算法选举流程详解-不念博客

Candidate 发送投票消息给其它所有存活节点,其它节点会对其请求进行回复,如果超过半数的节点回复了竞选请求,那么该 Candidate 就会变成 Leader 节点

2)管理社区大事 —— 日志复制(Log Replication)

  • 当张三当选为业委会主任后,他就要开始负责社区的日常大事了,比如决定花园里要种些什么花,什么时候修缮社区的健身设施。
  • 张三会把他的想法写在公告板上,然后请其他业主(即其他节点)照着去做——就像在 Raft 算法中领导者(Leader)把要执行的操作作为日志条目(Log Entry)复制给其它节点
  • 业主们看到公告板的内容后,会按照张三的计划去执行,并把执行的情况反馈给张三。这一过程对应于 Raft 算法中从节点(Follower)接受并应用日志条目,并反馈成功的消息给领导者

新 Leader 周期性发送心跳包给 Follower,Follower 收到心跳包以后重新计时。这时,Leader 如果接收到了客户端请求,会将数据变更写入日志中,并把数据复制到所有 Follower。

图片[2]-raft算法选举流程详解-不念博客

当大多数 Follower 进行修改后,将数据变更操作提交。然后,Leader 会通知所有的 Follower 让它们提交修改,此时所有节点的数据达成一致。

3)主任更替 —— 容错和恢复

  • 如果张三因为某些原因突然不能担任业委会主任的职责了,比如他长时间没有发表任何公告或指示,大家就会认为需要再选一个新的业委会主任来接替张三。
  • 这时候业主李四站出来,并说:“咱们再来选一次主任吧,我愿意尝试这个角色”。如果李四也得到了大多数业主的支持,那他就会成为新的业委会主任。
  • 在这期间,无论主任是张三还是李四,社区的日常运营都要继续,这就要求整个选举过程快速进行,不影响其他社区事务,确保社区管理不受影响。这和 Raft 算法强调系统可用性和稳定性的目的完全一致。

每个 Follower 都会接收 Leader 周期性的心跳,一般为 150~300ms,如果一段时间之后还未收到心跳包,Follower 就变为 Candidate,又开始重复第 1)步

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THE END
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