一、快速瞭解Raft算法
Raft 適用於一個管理日誌一致性的協議，相比於 Paxos 協議 Raft 更易於理解和去實現它。為了提高理解性，Raft 將一致性算法分為了幾個部分，包括領導選取（leader selection）、日誌複製（log replication）、安全（safety），並且使用了更強的一致性來減少了必須需要考慮的狀態。
相比Paxos，Raft算法理解起來更加直觀。
Raft算法將Server劃分為3種狀態，或者也可以稱作角色：
- Leader負責Client交互和log複製，同一時刻系統中最多存在1個。
- Follower被動響應請求RPC，從不主動發起請求RPC。
- Candidate
一種臨時的角色，只存在於leader的選舉階段，某個節點想要變成leader，那麼就發起投票請求，同時自己變成candidate。如果選舉成功，則變為candidate，否則退回為follower
狀態或者說角色的流轉如下：
在Raft中，問題分解為：領導選取、日誌複製、安全和成員變化。
複製狀態機通過複製日誌來實現：
日誌：每臺機器保存一份日誌，日誌來自於客戶端的請求，包含一系列的命令狀態機：狀態機會按順序執行這些命令一致性模型：分佈式環境下，保證多機的日誌是一致的，這樣回放到狀態機中的狀態是一致的
Raft算法選主流程
Raft中有Term的概念，Term類比中國歷史上的朝代更替，Raft 算法將時間劃分成為任意不同長度的任期（term）。
選舉流程
1、follower增加當前的term，轉變為candidate。2、candidate投票給自己，併發送RequestVote RPC給集群中的其他服務器。3、收到RequestVote的服務器，在同一term中只會按照先到先得投票給至多一個candidate。且只會投票給log至少和自身一樣新的candidate。
二、Nacos中的CP一致性
Spring Cloud Alibaba Nacos 在 1.0.0 正式支持 AP 和 CP 兩種一致性協議，其中的CP一致性協議實現，是基於簡化的 Raft 的 CP 一致性。
如何實現Raft算法
Nacos server在啟動時，會通過RunningConfig.onApplicationEvent()方法調用RaftCore.init()方法。
啟動選舉
<code>public static void init() throws Exception { Loggers.RAFT.info("initializing Raft sub-system"); // 啟動Notifier，輪詢Datums，通知RaftListener executor.submit(notifier); // 獲取Raft集群節點，更新到PeerSet中 peers.add(NamingProxy.getServers()); long start = System.currentTimeMillis(); // 從磁盤加載Datum和term數據進行數據恢復 RaftStore.load(); Loggers.RAFT.info("cache loaded, peer count: {}, datum count: {}, current term: {}", peers.size(), datums.size(), peers.getTerm()); while (true) { if (notifier.tasks.size() <= 0) { break; } Thread.sleep(1000L); System.out.println(notifier.tasks.size()); } Loggers.RAFT.info("finish to load data from disk, cost: {} ms.", (System.currentTimeMillis() - start)); GlobalExecutor.register(new MasterElection()); // Leader選舉 GlobalExecutor.register1(new HeartBeat()); // Raft心跳 GlobalExecutor.register(new AddressServerUpdater(), GlobalExecutor.ADDRESS_SERVER_UPDATE_INTERVAL_MS); if (peers.size() > 0) { if (lock.tryLock(INIT_LOCK_TIME_SECONDS, TimeUnit.SECONDS)) { initialized = true; lock.unlock(); } } else { throw new Exception("peers is empty."); } Loggers.RAFT.info("timer started: leader timeout ms: {}, heart-beat timeout ms: {}", GlobalExecutor.LEADER_TIMEOUT_MS, GlobalExecutor.HEARTBEAT_INTERVAL_MS);}/<code>在init方法主要做了如下幾件事：
- 獲取Raft集群節點 peers.add(NamingProxy.getServers());
- Raft集群數據恢復 RaftStore.load();
- Raft選舉 GlobalExecutor.register(new MasterElection());
- Raft心跳 GlobalExecutor.register(new HeartBeat());
- Raft發佈內容
- Raft保證內容一致性
選舉流程
其中，raft集群內部節點間是通過暴露的Restful接口，代碼在 RaftController 中。RaftController控制器是raft集群內部節點間通信使用的，具體的信息如下
<code>POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/vote : 進行投票請求POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/beat : Leader向Follower發送心跳信息GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/peer : 獲取該節點的RaftPeer信息PUT HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum/reload : 重新加載某日誌信息POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Leader接收傳來的數據並存入DELETE HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Leader接收傳來的數據刪除操作GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : 獲取該節點存儲的數據信息GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/state : 獲取該節點的狀態信息{UP or DOWN}POST HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum/commit : Follower節點接收Leader傳來得到數據存入操作DELETE HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/datum : Follower節點接收Leader傳來的數據刪除操作GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/leader : 獲取當前集群的Leader節點信息GET HTTP://{ip:port}/v1/ns/raft/listeners : 獲取當前Raft集群的所有事件監聽者RaftPeerSet/<code>心跳機制
Raft中使用心跳機制來觸發leader選舉。心跳定時任務是在GlobalExecutor 中，通過 GlobalExecutor.register(new HeartBeat())註冊心跳定時任務，具體操作包括：
- 重置Leader節點的heart timeout、election timeout；
- sendBeat()發送心跳包
<code> public class HeartBeat implements Runnable { @Override public void run() { try { if (!peers.isReady()) { return; } RaftPeer local = peers.local(); local.heartbeatDueMs -= GlobalExecutor.TICK_PERIOD_MS; if (local.heartbeatDueMs > 0) { return; } local.resetHeartbeatDue(); sendBeat(); } catch (Exception e) { Loggers.RAFT.warn("[RAFT] error while sending beat {}", e); } }}/<code>簡單說明了下Nacos中的Raft一致性實現，更詳細的流程，可以下載源碼，查看 RaftCore 進行了解。源碼可以通過以下地址檢出：
<code>git clone https://github.com/alibaba/nacos.git/<code>
來源：https://juejin.im/post/5e25214fe51d451cec4d8269
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