4.3　Raft演算法

由於Paxos太難懂、太難以實現，Raft演算法應運而生。其目的是在可靠性不輸於Paxos的情況下，儘可能簡單易 懂。史丹佛大學的Diego Ongaro和John Ousterhout以易理解為目標，重新設計了一個分散式一致性演算法Raft，並於2013年底公開發布。Raft既明確定義了演算法中每個環節的細節， 也考慮到了整個演算法的簡單性與完整性。與Paxos相比，Raft更適合用來學習以及做工程實現。下面，筆者將以通俗易懂的方式來描述這個過程。

百花村村長一人負責對外事務。比如，縣和鄉兩級的公文來往，公糧徵收，工務攤派，稅收等。

Raft是一個強Leader的共識協議。我們想象百花村是一個伺服器叢集，而這個叢集的Leader就是村長， 村裡的每戶人家（follower）對應一個伺服器，每戶人家都儲存了一個資料副本。所有的資料副本都必須保證一致性。即上級官員下到村裡視察時，從每戶 人家獲得的資訊應該是一樣的。

百花村村長通過村戶選舉產生。誰得的票數多（簡單多數）誰就當選村長。村長有任期概念（term）。任期是一直向上增長的：1，2，3，…，n，n+1，…。

這裡要處理的是平票（split vote）的情況。在平票的情況下，該村村長選舉失敗，每戶人家被分配不同的睡眠值。在睡眠期間的村戶不能發起選舉，但是可以投票。而且只有選舉權，但是 沒有被選舉權。第一個走出睡眠期的村戶發起新任期的選舉。由於每戶人家有不同長度的睡眠期，這保證了選舉一定會選出一個村長，而不會僵持不下，不會出現每 次選舉都平票的情況。一旦村長產生，任何針對百花村的“寫”（比如政府政策宣示，普法教育）必須經過村長。

村長每天都要在村裡轉一圈，讓所有人都看見。表明村長身體健康，足以處理公務。

村長選舉出來後，要防止村長髮生“故障”，必須定期檢測村長是否失效。一旦發現村長髮生“故障”，就要重新選舉。

村長接收到上級命令，該命令資料處於未提交狀態（uncommitted），接著村長會併發向所有村戶傳送命令， 複製資料並等待接收響應，確保至少超過半數村戶接收到資料後再向上級確認資料已接收（命令已執行）。一旦向上級發出資料接收Ack響應後，表明此時資料狀 態進入“已提交”（committed），村長再向村戶發通知告知該資料狀態已提交（即命令已執行）。

下面我們來測試各種異常情況。

（1）異常情況1

上級命令到達前，村長掛了。這個很簡單，重新選舉村長。上級命令以及來自外面的請求會自動過時失效，他們會重發命令和請求。

（2）異常情況2

村長接到上級命令，還沒有來得及傳達到各村戶就掛了。這個和異常情況1類似，重新選舉村長。上級命令以及來自外面的請求會自動過時失效。他們會重發命令和請求。

（3）異常情況3

村長接到上級命令，已傳達到各村戶，但是各村戶尚未執行命令，村長就掛了。這種異常情況下，重新選舉村長。新村長選出後，由於已收到命令，就可以等待各村戶執行命令（也就是Commit資料）。上級命令以及來自外面的請求會自動過時失效。有可能，他們會重發命令和請求。Raft要求外部的請求可以自動去除重複。

（4）異常情況4

村長接到上級命令，已傳達到各村戶，各村戶執行了命令，但是村長並沒有收到通知，就在這時候村長掛了。這種情況類似上一種情況，新村長選出後，即可等待通知，完成剩下的任務。外部也會接到通知命令（已完成）。

（5）異常情況5

在命令執行過程中，村長身體不適，不能處理公務。因為百花村沒有收到村長的“心跳”，百花村的村戶就會自動選舉（當前任期+1）任村長。這個時候就出現2個村長。這個時候新村長就會接過老村長角色，繼續執行命令。即使原村長身體康復，也將成為普通村戶。

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