基本概念

所有节点的持久数据：

• currentTerm：当前节点视角的任期，初始化0
• votedFor：当前任期给谁投的票
• log[]：log entries，由term和command组成，第一个索引为1

所有节点的易变数据：

• commitIndex：已知提交的最高日志项的索引
• lastApplied：应用于状态机的最高日志项的索引

Leader的易变数据：

• nextIndex[]：要发送到每个follwer的下一个日志条目的索引(初始化为leader最后一个日志索引+ 1)

• matchIndex[]：对于每个服务器，已知要在服务器上复制的最高日志条目的索引(初始化为0，单调递增)

Term

任期，整数类型，初始0，raft中的时间线，用于区分过期消息。

规则：

• 每次通信(选举、log复制)都携带Tern

• Term自动更新机制，当发现接收请求的Term更大：

  • Follower：直接更新
  • Leader：结束当前任期，变为Follower并更新Term
  • Candidate：结束当前选举，变为Follower并更新Term

Rules for Servers

All Servers

• 如果commitIndex > lastApplied: 增加lastApplied，则向状态机应用日志[lastApplied]
• 如果RPC请求或响应包含term T > currentTerm：设置currentTerm = T，转换为follower

Followers

• 回应候选人和领导的竞选请求
• 如果超过election timeout没有收到AppendEntries或RequestVote：转换为候选人

Candidates

• 转换为候选人后，开始选举:

  • 增加currentTerm
  • 为自己投票
  • 重置选举计时器

• 发送RequestVote rpc到所有其他服务器

• 如果获得大多数服务器的投票：成为领导者

• 如果从新的leader接收到AppendEntries RPC：转换为follower

• 如果选举超时：开始新的选举

Leaders

• 结束选举时：发送初始空的AppendEntries rpc (心跳)到每个服务器;在空闲期间重复以防止选举超时。

• 如果从客户端收到命令：追加条目到本地日志，在条目应用到状态机后响应

• 如果最大 index ≥ nextIndex 发送 AppendEntries RPC 带有 entries starting at nextIndex

  • 如果成功：更新追随者的nextIndex和matchIndex
  • 如果AppendEntries因为日志不一致而失败：递减nextIndex并重试

• 如果存在N，使得N > commitIndex