漫画：什么是拜占庭将军问题
轉(zhuǎn)載自?漫畫(huà)：什么是拜占庭將軍問(wèn)題
什么是拜占庭將軍問(wèn)題？
在很久很久以前，拜占庭是東羅馬帝國(guó)的首都。那個(gè)時(shí)候羅馬帝國(guó)國(guó)土遼闊，為了防御目的，因此每個(gè)軍隊(duì)都分隔很遠(yuǎn)，將軍與將軍之間只能靠信使傳遞消息。
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在打仗的時(shí)候，拜占庭軍隊(duì)內(nèi)所有將軍必需達(dá)成一致的共識(shí)，才能更好地贏得勝利。但是，在軍隊(duì)內(nèi)有可能存有叛徒，擾亂將軍們的決定。
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這時(shí)候，在已知有成員不可靠的情況下，其余忠誠(chéng)的將軍需要在不受叛徒或間諜的影響下達(dá)成一致的協(xié)議。
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萊斯利·蘭伯特（?Leslie Lamport?）通過(guò)這個(gè)比喻，表達(dá)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所存在的一致性問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題被稱為拜占庭將軍問(wèn)題。
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什么是 Raft 算法？
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Raft 算法是一種簡(jiǎn)單易懂的共識(shí)算法。它依靠?狀態(tài)機(jī)?和?主從同步?的方式，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性。
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在學(xué)習(xí)Raft算法的時(shí)候，大家需要了解Raft的兩個(gè)核心要點(diǎn)：
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1.選取主節(jié)點(diǎn)
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2.同步數(shù)據(jù)
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不難理解，使用主從同步的方式，可以讓集群各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)更新以主節(jié)點(diǎn)為準(zhǔn)，從而保證了一致性。那么，如何選取主節(jié)點(diǎn)呢？
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我們的出生，離不開(kāi)無(wú)數(shù)小蝌蚪之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)。在競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程中，某個(gè)速度最快運(yùn)氣最好的小蝌蚪最終勝出，讓我們誕生到了這個(gè)世界。
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同樣道理，Raft算法在選擇主節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，也是通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的投票競(jìng)爭(zhēng)。
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說(shuō)到這里，不得不說(shuō)一下Raft算法的狀態(tài)機(jī)。Raft算法為節(jié)點(diǎn)定義了三種角色：
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1.Leader（主節(jié)點(diǎn)）
2.Follower（從節(jié)點(diǎn)）
3.Candidate（參與投票競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)）
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讓我們來(lái)看一看選主的具體流程：
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第一步，在最初，還沒(méi)有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，所有節(jié)點(diǎn)的身份都是Follower。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的計(jì)時(shí)器，當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到了超時(shí)時(shí)間（Election Timeout），該節(jié)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃andidate。
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第二步，成為Candidate的節(jié)點(diǎn)，會(huì)首先給自己投票，然后向集群中其他所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)起請(qǐng)求，要求大家都給自己投票。
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第三步，其他收到投票請(qǐng)求且還未投票的Follower節(jié)點(diǎn)會(huì)向發(fā)起者投票，發(fā)起者收到反饋通知后，票數(shù)增加。
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第四步，當(dāng)?shù)闷睌?shù)超過(guò)了集群節(jié)點(diǎn)數(shù)量的一半，該節(jié)點(diǎn)晉升為L(zhǎng)eader節(jié)點(diǎn)。Leader節(jié)點(diǎn)會(huì)立刻向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出通知，告訴大家自己才是老大。收到通知的節(jié)點(diǎn)全部變?yōu)镕ollower，并且各自的計(jì)時(shí)器清零。
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這里需要說(shuō)明一點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的超時(shí)時(shí)間都是不一樣的。比如A節(jié)點(diǎn)的超時(shí)時(shí)間是3秒，B節(jié)點(diǎn)的超時(shí)時(shí)間是5秒，C節(jié)點(diǎn)的超時(shí)時(shí)間是4秒。這樣一來(lái)，A節(jié)點(diǎn)將會(huì)最先發(fā)起投票請(qǐng)求，而不是所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起。
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為什么這樣設(shè)計(jì)呢？設(shè)想如果所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起投票，必然會(huì)導(dǎo)致大家的票數(shù)差不多，形成僵局，誰(shuí)也當(dāng)不成老大。
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那么，成為L(zhǎng)eader的節(jié)點(diǎn)是否就坐穩(wěn)了老大的位置呢？并不是。Leader節(jié)點(diǎn)需要每隔一段時(shí)間向集群其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送心跳通知，表明你們的老大還活著。
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一旦Leader節(jié)點(diǎn)掛掉，發(fā)不出通知，那么計(jì)時(shí)達(dá)到了超時(shí)時(shí)間的Follower節(jié)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃andidate節(jié)點(diǎn)，發(fā)起選主投票，周而復(fù)始......
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讓我們來(lái)看一看數(shù)據(jù)同步的流程：
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第一步，由客戶端提交數(shù)據(jù)到Leader節(jié)點(diǎn)。
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第二步，由Leader節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)復(fù)制到集群內(nèi)所有的Follower節(jié)點(diǎn)。如果一次復(fù)制失敗，會(huì)不斷進(jìn)行重試。
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第三步，Follower節(jié)點(diǎn)們接收到復(fù)制的數(shù)據(jù)，會(huì)反饋給Leader節(jié)點(diǎn)。
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第四步，如果Leader節(jié)點(diǎn)接收到超過(guò)半數(shù)的Follower反饋，表明復(fù)制成功。于是提交自己的數(shù)據(jù)，并通知客戶端數(shù)據(jù)提交成功。
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第五步，由Leader節(jié)點(diǎn)通知集群內(nèi)所有的Follower節(jié)點(diǎn)提交數(shù)據(jù)，從而完成數(shù)據(jù)同步流程。
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共識(shí)算法的應(yīng)用場(chǎng)景？
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Paxos 算法：
早期的共識(shí)算法，由拜占庭將軍問(wèn)題的提出者?Leslie Lamport?所發(fā)明。谷歌的分布式鎖服務(wù)?Chubby 就是以 Paxos 算法為基礎(chǔ)。
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ZAB 算法：
Zookeeper 所使用的一致性算法，在流程上和 Raft 算法比較接近。
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PBFT 算法：
區(qū)塊鏈技術(shù)所使用的共識(shí)算法之一，適用于私有鏈的共識(shí)。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的漫画：什么是拜占庭将军问题的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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