图解 Paxos 一致性协议

参考：

• Paxos协议基本原理，http://blog.csdn.net/malefactor/article/details/51365744
• 微信PaxosStore：深刻浅出Paxos算法协议，http://www.infoq.com/cn/articles/wechat-paxosstore-paxos-algorithm-protocol
• 分布式一致性算法--Paxos，http://www.javashuo.com/article/p-zjvaeauo-bv.html

前言

Paxos 一致性协议能够说是一致性协议研究的起点，也以难以理解闻名。其实协议自己并无多难理解，它的难理解性主要体如今：为什么如此设计协议以及如何证实其正确性。本文尝试经过流程图来讲明协议的内容以及基本应用过程，不涉及如何证实其正确性。

基本概念

Paxos 能够分为两种：

• Single-Decree Paxos：决策单个 Value
• Multi-Paxos：连续决策多个 Value，而且保证每一个节点上的顺序彻底一致，多 Paxos 每每是同事运行多个单 Paxos 协议共同执行的结果。

本文只关注单 Paxos 的原理，理解了单 Paxos，多 Paxos 也就不难理解了。

Paxos 协议中的三种角色

• 倡议者（Proposer）：倡议者能够提出提议（数值或者操做命令）以供投票表决
• 接受者（Acceptor）：接受者能够对倡议者提出的提议进行投票表决，提议有超半数的接受者投票即被选中
• 学习者（Learner）：学习者无投票权，只是从接受者那里获知哪一个提议被选中

在协议中，每一个节点能够同时扮演以上多个角色。

Paxos 的特色

• 一个或多个节点能够提出提议
• 系统必须针对全部提案中的某个提案达成一致（超过半数的接受者选中）
• 最多只能对一个肯定的提议达成一致
• 只要超半数的节点存活且可互相通讯，整个系统必定能达成一致状态，即选择一个肯定的提议

协议图示

Paxos
经过上面的流程，若是有多个节点同时提出各自的提议，Paxos 就能够保证从中选出一个惟一肯定的值，保证分布式系统的一致性。

实例

下面咱们经过例子来理解 Paxos 的实际应用过程。

假设如今有五个节点的分布式系统，此时 A 节点打算提议 X 值，E 节点打算提议 Y 值，其余节点没有提议。
Paxos-1

假设如今 A 节点广播它的提议（也会发送给本身），因为网络延迟的缘由，只有 A，B，C 节点收到了。注意即便 A，E 节点的提议同时到达某个节点，它也必然有个前后处理的顺序，这里的“同时”不是真正意义上的“同时”。
Paxos-2

A，B，C接收提议以后，因为这是第一个它们接收到的提议，acceptedProposal 和 acceptedValue 都为空。
Paxos-3

因为 A 节点已经收到超半数的节点响应，且返回的 acceptedValue 都为空，也就是说它能够用 X 做为提议的值来发生 Accept 请求，A，B，C接收到请求以后，将 acceptedValue 更新为 X。
Paxos-4

A，B，C 会发生 minProposal 给 A，A 检查发现没有大于 1 的 minProposal 出现，此时 X 已经被选中。等等，咱们是否是忘了D，E节点？它们的 acceptedValue 并非 X，系统还处于不一致状态。至此，Paxos 过程尚未结束，咱们继续看。
Paxos-5

此时 E 节点选择 Proposal ID 为 2 发送 Prepare 请求，结果就和上面不同了，由于 C 节点已经接受了 A 节点的提议，它不会三心二意，因此就告诉 E 节点它的选择，E 节点也很绅士，既然 C 选择了 A 的提议，那我也选它吧。因而，E 发起 Accept 请求，使用 X 做为提议值，至此，整个分布式系统达成了一致，你们都选择了 X。
Paxos-6

上面是 Paxos 的一个简单应用过程，其余复杂的场景也能够根据流程图慢慢推导，这里只是抛砖引玉。