这是我参与「第四届青训营 」笔记创作活动的第16天。

分布式一致性协议

什么是一致性协议

一致性协议描述了特定一致性模型的实际实现。

一致性模型就像是接口，而一致性协议就像是接口的具体实现。一致性模型提供了分布式系统中数据复制时保持一致性的约束，为了实现一致性模型的约束，需要通过一致性协议来保证。

一致性协议根据是否允许数据分歧可以分为两种：

• 单主协议：不允许数据分歧 ：整个分布式系统就像一个单体系统，所有写操作都由主节点处理并且同步给其他副本。
• 多主协议：允许数据分歧，去中心化 ：所有写操作可以由不同节点发起，并且同步给其他副本。 可以看出它们的核心区别在于是否允许多个节点发起写操作，单主协议只允许由主节点发起写操作，因此它可以保证操作有序性，一致性更强。 而多主协议允许多个节点发起写操作，因此它不能保证操作的有序性，所以一致性较弱。

以 Raft 为例子了解一致性协议是如何工作的

• Raft 是在 paxos 的基础上的基础上，着重于易于理解

  • 协议接口直接暴露 Log 给用户
  • 强 Leader 简化 Paxos 中的二阶段
  • 使用随机事件简化选主逻辑

• Raft 的基本工作原理

  • 各个节点的角色
  • Log 同步
  • 失效节点如何恢复 Log
  • 如何选举新 Leader
  • Term 以及安全性的保证

• Raft 在工程中的优化

  • Prevote 的应用，防止离群 Leader 重加入时引发的切主

一致性协议的限制

• 对于分布式系统

  • 拓展性：写入性能不能水平拓展
  • 性能：强 Leader 的一致性协议跨地域部署时带来的额外网络开销

• 对于 KV 系统，解决方案一般是通过分片的方式水平拆组

  • 引入了事务的概念
  • 常见二阶段提交

一致性协议的发展方向

1. 一致性协议作为系统

   分布式日志：暴露日志的接口提供给上层应用，提供灵活高可用的一致性服务

2. 高性能一致性协议

   低延时：结合 RDMA 网络以及可编程交换机，实现 us 级别操作。

   LeaderLess：节点就地提交，降低 WAN 网络下 RTT 开销

3. Paxos 与 Raft 的相互关联：移植 Paxos 的研究到成熟