Zookeeper选举机制之Paxos算法

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-12-23 07:12 177阅读 0赞

# Zookeeper选举机制之Paxos算法 #

> Paxos算法一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。  
> 分布式系统中的节点通信存在两种模型：共享内存（Shared memory）和消息传递（Messages passing）。基于消息传递通信模型的分布式系统，不可避免的会发生以下错误：进程可能会慢、被杀死或者重启，消息可能会延迟、丢失、重复，在基础 Paxos 场景中，先不考虑可能出现消息篡改即拜占庭错误的情况。Paxos 算法解决的问题是在一个可能发生上述异常的分布式系统中如何就某个值达成一致，保证不论发生以上任何异常，都不会破坏决议的一致性。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc5NjQwMw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
Paxos算法流程中的每条消息描述如下：

1.  Prepare: Proposer生成全局唯一且递增的Proposal ID (可使用时间戳加Server ID)，向所有Acceptors发送Prepare请求，这里无需携带提案内容，只携带Proposal ID即可。
2.  Promise: Acceptors收到Prepare请求后，做出“两个承诺，一个应答”。
    
    两个承诺：

*  不再接受Proposal ID小于等于（注意：这里是<= ）当前请求的Prepare请求。
 *  不再接受Proposal ID小于（注意：这里是< ）当前请求的Propose请求。

一个应答：

*  不违背以前做出的承诺下，回复已经Accept过的提案中Proposal ID最大的那个提案的Value和Proposal ID，没有则返回空值。

1.  Propose: Proposer 收到多数Acceptors的Promise应答后，从应答中选择Proposal ID最大的提案的Value，作为本次要发起的提案。如果所有应答的提案Value均为空值，则可以自己随意决定提案Value。然后携带当前Proposal ID，向所有Acceptors发送Propose请求。
2.  Accept: Acceptor收到Propose请求后，在不违背自己之前做出的承诺下，接受并持久化当前Proposal ID和提案Value。
3.  Learn: Proposer收到多数Acceptors的Accept后，决议形成，将形成的决议发送给所有Learners。

下面我们针对上述描述做三种情况的推演举例：为了简化流程，我们这里不设置Learner。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc5NjQwMw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc5NjQwMw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
Paxos算法缺陷：在网络复杂的情况下，一个应用Paxos算法的分布式系统，可能很久无法收敛，甚至陷入活锁的情况。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc5NjQwMw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
造成这种情况的原因是系统中有一个以上的Proposer，多个Proposers相互争夺Acceptors，造成迟迟无法达成一致的情况。针对这种情况，一种改进的Paxos算法被提出：从系统中选出一个节点作为Leader，只有Leader能够发起提案。这样，一次Paxos流程中只有一个Proposer，不会出现活锁的情况，此时只会出现例子中第一种情况。

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