临沧网站搭建,沈阳工程信息交易网,wordpress栏目列表页,宁波网页制作模板博主介绍#xff1a; ✌博主从事应用安全和大数据领域#xff0c;有8年研发经验#xff0c;5年面试官经验#xff0c;Java技术专家#xff0c;WEB架构师#xff0c;阿里云专家博主#xff0c;华为云云享专家✌ Java知识图谱点击链接#xff1a;体系化学习Java#xff… 博主介绍 ✌博主从事应用安全和大数据领域有8年研发经验5年面试官经验Java技术专家WEB架构师阿里云专家博主华为云云享专家✌ Java知识图谱点击链接体系化学习JavaJava面试专题 感兴趣的同学可以收藏关注下 不然下次找不到哟 文章目录 1、什么是 Raft 算法2、Raft 算法的优缺点3、Raft 算法的应用场景4、Raft 算法的原理5、Raft 算法的选举步骤6、Raft 算法的代码案例 1、什么是 Raft 算法
Raft算法是一种共识算法用于在分布式系统中实现一致性。它是由Diego Ongaro和John Ousterhout于2013年提出的旨在提供一种更易理解和可靠的分布式一致性算法。
Raft算法解决了分布式系统中的领导者选举、日志复制和安全性等关键问题。它将分布式系统中的节点划分为 领导者leader、跟随者follower和候选者candidate 三种角色并通过一个选举过程来选择领导者。
在Raft算法中领导者负责接收客户端的请求并将请求复制到其他节点的日志中。跟随者和候选者则通过与领导者保持心跳和选举的方式来保持一致性。如果领导者失去联系或无法正常工作系统会触发新一轮的选举过程选择新的领导者。
Raft算法的设计目标是可理解性和可靠性。相比于其他共识算法如PaxosRaft算法更加直观和易于理解使得开发人员能够更容易地实现和调试分布式系统。
2、Raft 算法的优缺点
Raft算法作为一种共识算法在分布式系统中具有一些优点和缺点。
优点
简单易懂相比于其他共识算法Raft算法的设计更加直观和易于理解使得开发人员能够更容易地实现和调试分布式系统。安全性Raft算法保证了系统的安全性通过领导者选举和日志复制等机制来确保数据的一致性和可靠性。高可用性Raft算法能够在领导者失效时快速进行新的领导者选举从而保证系统的高可用性。
缺点
性能开销Raft算法对于每个写操作都需要进行日志复制这会带来一定的性能开销。相比于其他共识算法如PaxosRaft算法的性能可能会稍差一些。领导者单点故障在Raft算法中领导者是负责处理客户端请求和日志复制的节点如果领导者失效整个系统的性能和可用性都会受到影响。数据一致性延迟在Raft算法中当领导者发生变更时新的领导者需要等待日志复制完成才能处理客户端请求这可能会导致一定的数据一致性延迟。
3、Raft 算法的应用场景
Raft算法适用于各种需要在分布式系统中实现一致性的应用场景。以下是一些常见的Raft算法的应用场景 分布式存储系统Raft算法可以用于构建分布式存储系统确保数据在多个节点之间的一致性。例如分布式数据库、分布式文件系统等。 分布式协调服务Raft算法可以用于实现分布式协调服务如分布式锁、分布式队列等。它可以确保在多个节点之间进行协调时的一致性和可靠性。 分布式一致性哈希Raft算法可以用于实现分布式一致性哈希算法用于在分布式系统中进行数据的分片和负载均衡。 分布式事务处理Raft算法可以用于实现分布式事务处理确保在分布式系统中的多个节点之间进行事务的一致性和可靠性。 分布式日志系统Raft算法可以用于构建分布式日志系统确保日志在多个节点之间的一致性和可靠性。例如分布式日志收集、分布式日志分析等。
4、Raft 算法的原理
Raft算法是一种用于分布式一致性的共识算法旨在解决分布式系统中的领导者选举和日志复制等问题。它的设计目标是易于理解和实现并且能够提供强一致性保证。
Raft算法的核心原理包括三个关键组件领导者选举、日志复制和安全性。
1. 领导者选举
每个节点在任意时刻可能处于三种状态之一领导者leader、跟随者follower和候选者candidate。初始情况下所有节点都是跟随者。如果一个跟随者在一段时间内没有收到来自领导者的心跳消息它会转变为候选者并开始选举过程。候选者会向其他节点发送投票请求并在收到多数节点的选票后成为新的领导者。如果在选举过程中出现多个候选者获得相同票数的情况那么会进行新一轮的选举直到只有一个候选者获胜。
2. 日志复制
Raft算法使用日志来记录系统中的所有操作。每个节点都有一个日志其中包含一系列的日志条目。当客户端向领导者发送写请求时领导者会将该请求作为一个新的日志条目追加到自己的日志中并向其他节点发送日志复制请求。其他节点收到复制请求后会将该日志条目追加到自己的日志中并向领导者发送确认消息。一旦领导者收到多数节点的确认消息该日志条目被视为已提交并将其应用到状态机中执行相应操作。
3. 安全性
Raft算法通过多数投票机制来确保系统的安全性。任何一条已提交的日志条目都必须在多数节点上复制和执行才能保证数据的一致性。如果一个节点成为领导者并开始复制日志条目但在复制完成之前失去了领导者地位那么新的领导者将继续复制剩余的日志条目。如果一个节点在复制过程中发现自己的日志与领导者的日志不一致它将回退到领导者的日志状态并重新进行复制。
总的来说Raft算法通过领导者选举、日志复制和安全性机制实现了分布式系统中的一致性和可靠性。它的设计简单易懂易于实现并且提供了强一致性保证。
5、Raft 算法的选举步骤 初始状态下所有节点都是跟随者Follower状态。 如果一个跟随者在一段时间内没有收到来自领导者Leader的心跳消息它会转变为候选者Candidate并开始选举过程。 候选者向其他节点发送投票请求并请求其他节点投票给自己。 其他节点在收到投票请求后如果还没有投票给其他候选者且候选者的日志更新且比自己的日志新就会投票给候选者。 如果候选者收到了多数节点的选票包括自己的一票那么它就成为新的领导者。 如果在选举过程中出现多个候选者获得相同票数的情况那么会进行新一轮的选举直到只有一个候选者获胜。
通过以上步骤Raft 算法实现了分布式系统中的领导者选举机制确保系统能够选出稳定的领导者来协调其他节点的操作。
6、Raft 算法的代码案例
以下是用 java 写的一个 Raft 算法的模拟案例
package com.pany.camp.raft;/**** description: 节点状态* copyright: Copyright (c) 2022* company: Aiocloud* author: pany* version: 1.0.0* createTime: 2023-07-04 18:25*/
public enum NodeState {FOLLOWER,CANDIDATE,LEADER
}package com.pany.camp.raft;/**** description: 日志条目* copyright: Copyright (c) 2022* company: Aiocloud* author: pany* version: 1.0.0* createTime: 2023-07-04 18:26*/
public class LogEntry {int term;String command;public LogEntry(int term, String command) {this.term term;this.command command;}
}
package com.pany.camp.raft;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/**** description: 节点类* copyright: Copyright (c) 2022* company: Aiocloud* author: pany* version: 1.0.0* createTime: 2023-07-04 18:26*/
public class Node {int id;NodeState state;int currentTerm;int votedFor;ListLogEntry log;int commitIndex;int lastApplied;int[] nextIndex;int[] matchIndex;public Node(int id, int numNodes) {this.id id;this.state NodeState.FOLLOWER;this.currentTerm 0;this.votedFor -1;this.log new ArrayList();this.commitIndex 0;this.lastApplied 0;this.nextIndex new int[numNodes];this.matchIndex new int[numNodes];for (int i 0; i numNodes; i) {this.nextIndex[i] 1;this.matchIndex[i] 0;}}
}
package com.pany.camp.raft;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/**** description: Raft算法实现类* copyright: Copyright (c) 2022* company: Aiocloud* author: pany* version: 1.0.0* createTime: 2023-07-04 18:27*/
class RaftAlgorithm {int numNodes;ListNode nodes;ScheduledExecutorService scheduler;Random random;public RaftAlgorithm(int numNodes) {this.numNodes numNodes;this.nodes new ArrayList();for (int i 0; i numNodes; i) {nodes.add(new Node(i, numNodes));}this.scheduler Executors.newScheduledThreadPool(numNodes);this.random new Random();}public void start() {for (int i 0; i numNodes; i) {final int nodeId i;scheduler.schedule(() - {electionTimeout(nodeId);}, random.nextInt(5000) 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);}}private void electionTimeout(int nodeId) {Node node nodes.get(nodeId);if (node.state NodeState.LEADER) {return;}System.out.println(Node nodeId election timeout);node.state NodeState.CANDIDATE;node.currentTerm;node.votedFor nodeId;int votesReceived 1;for (int i 0; i numNodes; i) {if (i ! nodeId) {final int candidateId nodeId;int finalI i;scheduler.schedule(() - {requestVote(candidateId, finalI);}, random.nextInt(500), TimeUnit.MILLISECONDS);}}}private void requestVote(int candidateId, int nodeId) {Node node nodes.get(nodeId);if (node.state ! NodeState.CANDIDATE) {return;}System.out.println(Node nodeId received requestVote from candidateId);if (node.currentTerm nodes.get(candidateId).currentTerm) {return;}if (node.currentTerm nodes.get(candidateId).currentTerm node.votedFor ! -1) {return;}node.votedFor candidateId;scheduler.schedule(() - {grantVote(candidateId, nodeId);}, random.nextInt(500), TimeUnit.MILLISECONDS);}private void grantVote(int candidateId, int nodeId) {Node node nodes.get(nodeId);if (node.state ! NodeState.CANDIDATE) {return;}System.out.println(Node nodeId granted vote to candidateId);node.state NodeState.FOLLOWER;node.currentTerm nodes.get(candidateId).currentTerm;node.votedFor -1;}
}package com.pany.camp.raft;/**** description: 客户端* copyright: Copyright (c) 2022* company: Aiocloud* author: pany* version: 1.0.0* createTime: 2023-07-04 18:28*/
public class Client {public static void main(String[] args) {RaftAlgorithm raft new RaftAlgorithm(5);raft.start();}
}
上面这个案例它包括节点状态、日志条目、节点类和Raft算法实现类。在 main 方法中创建了一个包含5个节点的Raft算法实例并调用 start 方法开始模拟选举过程。每个节点会在一个随机的选举超时时间后转变为候选者状态并向其他节点发送投票请求。如果收到多数节点的选票候选者就会成为新的领导者。
输出结果如下
Node 1 election timeout
Node 2 election timeout
Node 1 received requestVote from 2
Node 0 election timeout
Node 2 received requestVote from 0
Node 1 received requestVote from 0
Node 4 election timeout
Node 1 received requestVote from 4
Node 2 received requestVote from 4
Node 0 received requestVote from 4
Node 3 election timeout
Node 3 received requestVote from 4
Node 1 received requestVote from 3
Node 0 received requestVote from 3
Node 4 received requestVote from 3
Node 2 received requestVote from 3 本文由激流原创原创不易感谢支持 喜欢的话记得点赞收藏啊 文章转载自： http://www.morning.pqsys.cn.gov.cn.pqsys.cn http://www.morning.bwgrd.cn.gov.cn.bwgrd.cn http://www.morning.xinyishufa.cn.gov.cn.xinyishufa.cn http://www.morning.mtgnd.cn.gov.cn.mtgnd.cn http://www.morning.fcwxs.cn.gov.cn.fcwxs.cn http://www.morning.tqhpt.cn.gov.cn.tqhpt.cn http://www.morning.bhpsz.cn.gov.cn.bhpsz.cn http://www.morning.kztpn.cn.gov.cn.kztpn.cn http://www.morning.ntqjh.cn.gov.cn.ntqjh.cn http://www.morning.tgdys.cn.gov.cn.tgdys.cn http://www.morning.ypwlb.cn.gov.cn.ypwlb.cn http://www.morning.clkjn.cn.gov.cn.clkjn.cn http://www.morning.zgqysw.cn.gov.cn.zgqysw.cn http://www.morning.iqcge.com.gov.cn.iqcge.com http://www.morning.slwqt.cn.gov.cn.slwqt.cn http://www.morning.nfpct.cn.gov.cn.nfpct.cn http://www.morning.lkfsk.cn.gov.cn.lkfsk.cn http://www.morning.mzhjx.cn.gov.cn.mzhjx.cn http://www.morning.grxbw.cn.gov.cn.grxbw.cn http://www.morning.tsrg.cn.gov.cn.tsrg.cn http://www.morning.cnprt.cn.gov.cn.cnprt.cn http://www.morning.mtjwp.cn.gov.cn.mtjwp.cn http://www.morning.pdkht.cn.gov.cn.pdkht.cn http://www.morning.dmrjx.cn.gov.cn.dmrjx.cn http://www.morning.ydrn.cn.gov.cn.ydrn.cn http://www.morning.jbpdk.cn.gov.cn.jbpdk.cn http://www.morning.crfjj.cn.gov.cn.crfjj.cn http://www.morning.sbjhm.cn.gov.cn.sbjhm.cn http://www.morning.fplqh.cn.gov.cn.fplqh.cn http://www.morning.mnwmj.cn.gov.cn.mnwmj.cn http://www.morning.brkc.cn.gov.cn.brkc.cn http://www.morning.qtqjx.cn.gov.cn.qtqjx.cn http://www.morning.xlmgq.cn.gov.cn.xlmgq.cn http://www.morning.rwbh.cn.gov.cn.rwbh.cn http://www.morning.kjsft.cn.gov.cn.kjsft.cn http://www.morning.lxyyp.cn.gov.cn.lxyyp.cn http://www.morning.rtlth.cn.gov.cn.rtlth.cn http://www.morning.dyfmh.cn.gov.cn.dyfmh.cn http://www.morning.bwzzt.cn.gov.cn.bwzzt.cn http://www.morning.pmnn.cn.gov.cn.pmnn.cn http://www.morning.ggqcg.cn.gov.cn.ggqcg.cn http://www.morning.nwcgj.cn.gov.cn.nwcgj.cn http://www.morning.qbksx.cn.gov.cn.qbksx.cn http://www.morning.njhyk.cn.gov.cn.njhyk.cn http://www.morning.pmptm.cn.gov.cn.pmptm.cn http://www.morning.bwdnx.cn.gov.cn.bwdnx.cn http://www.morning.grjh.cn.gov.cn.grjh.cn http://www.morning.qrpx.cn.gov.cn.qrpx.cn http://www.morning.fldk.cn.gov.cn.fldk.cn http://www.morning.fqlxg.cn.gov.cn.fqlxg.cn http://www.morning.fynkt.cn.gov.cn.fynkt.cn http://www.morning.vnuwdy.cn.gov.cn.vnuwdy.cn http://www.morning.jcjgh.cn.gov.cn.jcjgh.cn http://www.morning.kzyr.cn.gov.cn.kzyr.cn http://www.morning.kxbry.cn.gov.cn.kxbry.cn http://www.morning.mggwr.cn.gov.cn.mggwr.cn http://www.morning.xsgxp.cn.gov.cn.xsgxp.cn http://www.morning.mpmtz.cn.gov.cn.mpmtz.cn http://www.morning.bpmnc.cn.gov.cn.bpmnc.cn http://www.morning.gpnfg.cn.gov.cn.gpnfg.cn http://www.morning.pndw.cn.gov.cn.pndw.cn http://www.morning.yltyr.cn.gov.cn.yltyr.cn http://www.morning.rkxqh.cn.gov.cn.rkxqh.cn http://www.morning.yjtnc.cn.gov.cn.yjtnc.cn http://www.morning.nuejun.com.gov.cn.nuejun.com http://www.morning.lnyds.cn.gov.cn.lnyds.cn http://www.morning.sqyjh.cn.gov.cn.sqyjh.cn http://www.morning.pgmyn.cn.gov.cn.pgmyn.cn http://www.morning.qgxnw.cn.gov.cn.qgxnw.cn http://www.morning.nfbkp.cn.gov.cn.nfbkp.cn http://www.morning.fkgqn.cn.gov.cn.fkgqn.cn http://www.morning.qrzqd.cn.gov.cn.qrzqd.cn http://www.morning.dmsxd.cn.gov.cn.dmsxd.cn http://www.morning.mzmqg.cn.gov.cn.mzmqg.cn http://www.morning.ztdlp.cn.gov.cn.ztdlp.cn http://www.morning.bpyps.cn.gov.cn.bpyps.cn http://www.morning.ssxlt.cn.gov.cn.ssxlt.cn http://www.morning.tcylt.cn.gov.cn.tcylt.cn http://www.morning.wrfk.cn.gov.cn.wrfk.cn http://www.morning.nmngq.cn.gov.cn.nmngq.cn
