Raft 算法摘要

算法概述

Raft 算法是解决分布式系统一致性问题的，与 Paxos 实现的功能相同，相对来说更容易实现和理解。这些一致性协议可以保证在集群中大部分节点（半数以上节点）可用的情况下，集群依然可以工作并给出一个正确的结果。
Raft 将一致性问题分解为多个子模块解决：

Leader 选举 Leader election
日志同步 log replication
安全性 safety
日志压缩 log compaction
成员变更 membership change

Raft 将系统中的角色分为：

Leader 接受客户端请求，并且向 Follower 同步请求日志，当日志同步到大多数节点上后告诉 Follower 提交日志。
Follower 接受并持久化 Leader 同步的日志，在 Leader 通知可以提交后提交日志。
Candidate 是选举过程中的临时角色。

Raft 要求系统在任何一个时刻最多只有一个 Leader，正常工作期间只有 Leader 和 Follower。
Raft 算法角色状态转换如下：

Follower 只响应其它服务器的请求，如果 Flower 超时没有接受到 Leader 的消息，它会成为一个 Candidate 状态并开始一次 Leader 选举，收到大多数服务器投票的 Candidate 会成为新的 Leader，Leader 在宕机之前会一直保持 Leader 状态。

Raft 算法将时间分为一个个的任期 term，每一个 term 的开始都是 Leader 选举，在成功选举 Leader 之后，Leader 会在整个 term 内管理整个集群，如果 Leader 选举失败，这个 term 就会因为没有 Leader 而结束。

Leader 选举(Leader election)

Raft 使用心跳触发 Leader 选举。当服务器启动时，初始化为 Follower。Leader 向所有 Follower 周期性发送 heartbeat。如果 Follower 选举超时，会等待一段随机时间后再发起一次 Leader选举。选举出 Leader 后，会定期向所有 Follower 发送 heartbeat 维持状态，如果 Follower 一段时间没有收到心跳则认为 Leader 已经挂了，再次发起Leader选举过程。

日志复制 (log replication)

Leader 选举出来后，就开始接收客户端的请求，把日志条目加入到日志处理中，然后并行的向其它服务器发起请求复制日志条目。当这条日志被复制到大多数服务器中，Leader会把这条日志状态改变向客户端返回执行结果。

如果某个Follower没有复制成功，则Leader会无限的重试直到Follower最终存储了所有的日志条目。日志由有序编号和日志条目组成，每条日志条目包含它被创建时的任期号 term，和用于状态机执行的命令。

安全性 (safety)

Raft增加两条极限值来保证安全性：

拥有最新已提交的log entry 的 Follower 才有资格成为 Leader
Leader只能推进commit index 来提交当前term的已经复制到大多数节点上的日志，旧的term日志会跟随当前term的日志来间接提交。

日志压缩 (log compaction)

通过定期记录 snapshot 来解决，每个副本独立的对自己系统状态进行snapshot，并且是已提交的日志进行。snapshot 包含日志元数据，最后一条已提交的 log entry 的 log index 和 term。Leader会发送snapshot给最后日志太多的Follower，或者新加入的机器。
copy-on-write https://blog.csdn.net/u012501054/article/details/90241124
做一次snapshot可能耗时过长，会影响正常日志同步。可以通过使用copy-on-write技术避免snapshot过程影响正常日志同步。