说到分布式,重要的 Paxos 算法你看透了么?,简述 mybatis 工作原理
需要配合一个获取最新成功提交的版本号的 metadata 服务,这样可以确定最新已经成功提交的版本号,然后从已经读到的数据中就可以确认最新写入的数据。
Quorum 是分布式系统中常用的一种机制,用来保证数据冗余和最终一致性的投票算法,在 Paxos、Raft 和 ZooKeeper 的 Zab 等算法中,都可以看到 Quorum 机制的应用。
Paxos
1. Paxos 的节点角色
在 Paxos 协议中,有三类节点角色,分别是 Proposer
、Acceptor
和 Learner
,另外还有一个 Client
作为产生议题者。
上述三类角色只是逻辑上的划分,在工作实践中,一个节点可以同时充当这三类角色。
Proposer 提案者
在流程开始时,Proposer 提出议案,也就是 value。在工程中 value 可以是任何操作,比如“修改某个变量的值为某个新值”。
Proposer 可以有多个,不同的 Proposer 可以提出不同的甚至矛盾的 value,比如某个 Proposer 提议“将变量 X
设置为 1
”,另一个 Proposer 提议“将变量 X
设置为 2
”,但对同一轮 Paxos 过程,最多只有一个 value 被批准。
Acceptor 批准者
在集群中,Acceptor 有 N 个,Acceptor 之间完全对等独立,Proposer 提出的 value 必须获得超过半数(N/2+1)的 Acceptor 批准后才能通过。
Learner 学习者
Learner 不参与选举,而是学习被批准的 value,在 Paxos 中,Learner 主要参与相关的状态机同步流程。
这里 Leaner 的流程就参考了 Quorum 议会机制,某个 value 需要获得 W=N/2+1 的 Acceptor 批准,Learner 需要至少读取 N/2+1 个 Accpetor,最多读取 N 个 Acceptor 的结果后,才能学习到一个通过的 value。
Client 产生议题者
Client 作为产生议题者,实际不参与选举过程,比如发起修改请求的来源等。
2. Proposer 与 Acceptor 之间的交互
Paxos 中,Proposer 和 Acceptor 是算法核心角色。Paxos 描述的就是在一个由多个 Proposer 和多个 Acceptor 构成的系统中,如何让多个 Acceptor 针对 Proposer 提出的多种提案达成一致的过程,而 Learner 只是“学习”最终被批准的提案。
Proposer 与 Acceptor 之间的交互主要有 4 类消息通信,对应 Paxos 算法的两个阶段 4 个过程。
3. Paxos 选举过程
选举过程可以分为两个部分,准备阶段和选举阶段,可以查看下面的时序图:
3.1 Phase 1 准备阶段
Proposer 生成全局唯一且递增的 ProposalID,向 Paxos 集群的所有机器发送 Prepare 请求,这里不携带 value,只携带 N,即 ProposalID。
Acceptor 收到 Prepare 请求后,判断收到的 ProposalID 是否比之前已响应的所有提案的 N 大。
如果是,则——
在本地持久化
N
,可记为Max_N
回复请求,并带上已经 accept 的提案中
N
最大的 value,如果此时还没有已经 accept 的提案,则返回 value 为空做出承诺,不会 accept 任何小于
Max_N
的提案
如果否,则——
不回复或者回复
Error
。
3.2 Phase 2 选举阶段
为了方便描述,我们把 Phase 2 选举阶段继续拆分为 P2a、P2b 和 P2c。
P2a:Proposer 发送 Accept
经过一段时间后,Proposer 收集到一些 Prepare 回复,有下列几种情况:
(1) 若回复数量 > 一半的 Acceptor 数量,且所有回复的 value 都为空时,则 Porposer 发出 accept 请求,并带上自己指定的 value。
(2) 若回复数量 > 一半的 Acceptor 数量,且有的回复 value 不为空时,则 Porposer 发出 accept 请求,并带上回复中 ProposalID 最大的 value,作为自己的提案内容。
(3) 若回复数量 <= 一半的 Acceptor 数量时,则尝试更新生成更大的 ProposalID,再转到准备阶段执行。
P2b:Acceptor 应答 Accept
Accpetor 收到 Accpet 请求后,判断:
(1) 若收到的 N
>= Max_N
(一般情况下是等于),则回复提交成功,并持久化 N
和 value;
(2) 若收到的 N
< Max_N
,则不回复或者回复提交失败。
P2c:Proposer 统计投票
经过一段时间后,Proposer 会收集到一些 Accept 回复提交成功的情况,比如:
(1) 当回复数量 > 一半的 Acceptor 数量时,则表示提交 value 成功,此时可以发一个广播给所有的 Proposer、Learner,通知它们已 commit 的 value;
(2) 当回复数量 <= 一半的 Acceptor 数量时,则尝试更新生成更大的 ProposalID,转到准备阶段执行。
(3) 当收到一条提交失败的回复时,则尝试更新生成更大的 P
roposalID,也会转到准备阶段执行。
Paxos 常见的问题
如果半数以内的 Acceptor 失效,如何正常运行?
在 Paxos 流程中,如果出现半数以内的 Acceptor 失效,可以分为两种情况。
评论