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Raft 共识算法的 Iris 实现

Raft 共识算法

这一部分是本人对 Raft 的理解与简单总结，如果您此前并不了解 Raft，可以选择下方的原文和译文链接详细阅读。

感谢这些前辈们设计出如此巧妙的算法和译者详细、精心编排的译文。

Raft 论文原文

Raft 论文中文翻译

简要描述

Raft 共识算法将分布式系统的复杂问题拆分为了独立的可解决、可解释和可理解的模块：

• Leader Electrion（选举）
• Log Replication（日志复制）
• Safety（安全性）

Raft 共识算法主要机制：

1. Election Safety（选举安全）：在任意 Term（任期）内，最多只会有一个 Leader 被选出来
2. Leader Append-Only（只追加）：Leader 从不覆盖或删除它的日志中的 Entry；只会追加（Append）
3. Log Matching（日志匹配）：如果两个日志包含了 Index 和 Term 完全相同的 Entry， 那从这个 Index 往前的那些 Entry 也都是完全相同的
4. Leader Completeness（领导者完整性）：如果一个 Entry 在某个 Term 被提交，那它将出现在所有 Term 更大的 Leader 的 Log 中
5. State Machine Safety（状态机安全）：如果一个节点在特定 Index 应用了一个 Entry 到它的状态机，那其他节点不会在相同 Index 应用另一个不同的 Entry

状态机

任期

RPC 请求

状态

• Leader

• Follower

• Candidate

AppendEntries

用于：

1. 带有操作的 AppendEntries
2. 用于维护 Leader 身份的 heartbeat（心跳机制）

RequestVote

在集群的初始状态或当前 Term 的 Leader 离线后，集群中的一个节点将从 Follower 转为 Candidate 状态，并由一个 Candidate 向其他的未及时检测出 Leader 离线的 Follower 发送 RequestVote。如果集群中同时有多个 Follower 节点转为了 Candidate，将会导致当前 term 作废，并使用随机化超时机制避免脑裂问题出现。

Iris 实现

Iris 实现（下称实现）使用 Rust 语言编写，并使用 Rust 高性能异步 Web 框架 Actix 作为数据传输通道。

除了特殊说明的代码，本部分其余源码位于：sample/iris_raft

源码中包含三节点本地集群样例，详细查看源码目录 README.md 文件。

关键数据结构

IrisRaftConfig

#[derive(Builder, Clone)]
pub struct IrisRaftConfig {
    pub node: Vec<String>,
    pub secret: String,
    pub endpoint: String,
    pub heartbeat_timeout: usize,
    pub election_timeout: (usize, usize),
    pub log_read: fn(LogEntry) -> bool,
    pub log_write: fn(LogEntry) -> bool,
    pub data_read: for<'a> fn(&'a HashMap<String, String>, &'a String) -> &'a String,
    pub data_write: fn(HashMap<String, String>, String, String) -> bool,
    pub check_log_compaction: fn(&IrisRaftNodeState, &IrisRaftClock) -> bool,
}

整体流程

组成集群

当节点启动时，heartbeat 计时器为 0，

处理客户端的数据请求

Leader 离线

Follower 离线

机制实现

Web API RPC

心跳

随机化选举超时