一致性算法- Paxos

Paxos是一種基于消息傳遞的分布式一致性算法，由Leslie Lamport（萊斯利·蘭伯特）于1990提出。是目前公認(rèn)的解決分布式一致性問(wèn)題的最有效算法之一。

Paxos 是什么

Paxos協(xié)議是一個(gè)解決分布式系統(tǒng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間就某個(gè)值（提案）達(dá)成一致（決議）的通信協(xié)議。它能夠處理在少數(shù)節(jié)點(diǎn)離線的情況下，剩余的多數(shù)節(jié)點(diǎn)仍然能達(dá)成一致。

概念定義

Proposal：為了就某一個(gè)值達(dá)成一致而發(fā)起的提案，包括提案編號(hào)和提案的值。

涉及角色如下：
　　
　　Proposer：提案發(fā)起者，為了就某一個(gè)值達(dá)成一致，Proposer可以以任意速度、發(fā)起任意數(shù)量的提案，可以停止或重啟。
　　
　　Acceptor：提案批準(zhǔn)者，負(fù)責(zé)處理接收到的提案，響應(yīng)、作出承諾、或批準(zhǔn)提案。
　　
　　Learner：提案學(xué)習(xí)者，可以從Acceptor處獲取已被批準(zhǔn)的提案。

Paxos 協(xié)議

Paxos需要遵循如下約定：

一個(gè)Acceptor必須批準(zhǔn)它收到的第一個(gè)提案。

如果編號(hào)為n的提案被批準(zhǔn)了，那么所有編號(hào)大于n的提案，其值必須與編號(hào)為n的提案的值相同。

Paxos 協(xié)議是一個(gè)兩階段協(xié)議，分為Prepare 階段 和 Accept階段。

Prepare 階段

Proposer 發(fā)送 Prepare

Proposer 生成一個(gè)全局唯一且遞增的提案ID，向 Acceptor 發(fā)送請(qǐng)求，只攜帶提案ID即可。

Acceptor 應(yīng)答 Prepare

Acceptor 接收到提案請(qǐng)求后，如下情況會(huì)收到應(yīng)答

• 當(dāng)前提交的編號(hào)大于之前的其他機(jī)器 Prepare 的編號(hào)，

• 當(dāng)前是第一個(gè)提交 Prepare 的機(jī)器

Accept 階段

Proposer 發(fā)送 Accept

如果Proposer收到半數(shù)以上Acceptor對(duì)其發(fā)出的編號(hào)為N的Prepare請(qǐng)求的響應(yīng)，那么它就會(huì)發(fā)送一個(gè)針對(duì)[N,V]提案的Accept請(qǐng)求給半數(shù)以上的Acceptor。注意：V就是收到的響應(yīng)中編號(hào)最大的提案的value，如果響應(yīng)中不包含任何提案，那么V就由Proposer自己決定。

Acceptor 應(yīng)答 Accept

如果Acceptor收到一個(gè)針對(duì)編號(hào)為N的提案的Accept請(qǐng)求，只要該Acceptor沒(méi)有對(duì)編號(hào)大于N的Prepare請(qǐng)求做出過(guò)響應(yīng)，它就接受該提案。

Learner

　　一旦Acceptor批準(zhǔn)了某個(gè)提案，即將該提案發(fā)給所有的Learner。為了避免大量通信，Acceptor也可以將批準(zhǔn)的提案，發(fā)給主Learner，由主Learner分發(fā)給其他Learner。考慮到主Learner單點(diǎn)問(wèn)題，也可以考慮Acceptor將批準(zhǔn)的提案，發(fā)給主Learner組，由主Learner組分發(fā)給其他Learner。

Paxos 算法演示

死循環(huán)問(wèn)題

　　如果Proposer1提出編號(hào)為n1的提案，并完成了階段一。與此同時(shí)Proposer2提出了編號(hào)為n2的提案，n2>n1，同樣也完成了階段一。于是Acceptor承諾不再批準(zhǔn)編號(hào)小于n2的提案，當(dāng)Proposer1進(jìn)入階段二時(shí)，將會(huì)被忽略。同理，此時(shí)，Proposer1可以提出編號(hào)為n3的提案，n3>n2，又會(huì)導(dǎo)致Proposer2的編號(hào)為n2的提案進(jìn)入階段二時(shí)被忽略。以此類推，將進(jìn)入死循環(huán)。

　　解決辦法：

　　可以選擇一個(gè)Proposer作為主Proposer，并約定只有主Proposer才可以提出提案。因此，只要主Proposer可以與過(guò)半的Acceptor保持通信，那么但凡主Proposer提出的編號(hào)更高的提案，均會(huì)被批準(zhǔn)。

總結(jié)

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