Raft協(xié)議比paxos的優(yōu)點(diǎn)是 容易理解，容易實(shí)現(xiàn)。它強(qiáng)化了leader的地位，把整個(gè)協(xié)議可以清楚的分割成兩個(gè)部分，并利用日志的連續(xù)性做了一些簡(jiǎn)化：（1）Leader在時(shí)。由Leader向Follower同步日志（2）Leader掛掉了，選一個(gè)新Leader，Leader選舉算法。

但是本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它容易的地方在于流程清晰，描述更清晰，關(guān)鍵之處都給出了偽代碼級(jí)別的描述，可以直接用于實(shí)現(xiàn)，而paxos最初的描述是針對(duì)非常理論的一致性問(wèn)題，真正能應(yīng)用于工程實(shí)現(xiàn)的mulit-paxos，Lamport老爺爺就提了個(gè)大概，之后也有人嘗試對(duì)multi-paxos做出更為完整詳細(xì)的描述，但是每個(gè)人描述的都不大一樣。

Zookeeper的ZAB，Viewstamped Replication（VR），raft，multi-paxos，這些都可以被稱之為L(zhǎng)eader-based一致性協(xié)議。不同的是，multi-paxos leader是作為對(duì)經(jīng)典paxos的優(yōu)化而提出，通過(guò)選擇一個(gè)proposer作為leader降低多個(gè)proposer引起沖突的頻率，合并階段一從而將一次決議的平均消息代價(jià)縮小到最優(yōu)的兩次，實(shí)際上就算有多個(gè)leader存在，算法還是安全的，只是退化為經(jīng)典的paxos算法。而經(jīng)典的paxos，從一個(gè)提案被提出到被接受分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段去詢問(wèn)值，第二階段根據(jù)詢問(wèn)的結(jié)果提出值。這兩個(gè)階段是無(wú)法分割的，兩個(gè)階段的每個(gè)細(xì)節(jié)都是精心設(shè)計(jì)的，相互關(guān)聯(lián)，共同保障了協(xié)議的一致性。而VR,ZAB,Raft這些強(qiáng)調(diào)合法leader的唯一性協(xié)議，它們直接從leader的角度描述協(xié)議的流程，也從leader的角度出發(fā)論證正確性。但是實(shí)際上它們使用了和Paxos完全一樣的原理來(lái)保證協(xié)議的安全性，當(dāng)同時(shí)存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)嘗試成為leader或者不知一個(gè)節(jié)點(diǎn)認(rèn)為自己時(shí)leader時(shí)，本質(zhì)上它們和經(jīng)典Paxos中多個(gè)proposer并存的情形沒(méi)什么不同。

Paxos和raft都是一旦一個(gè)entries（raft協(xié)議叫日志，paxos叫提案，叫法而已）得到多數(shù)派的贊成，這個(gè)entries就會(huì)定下來(lái)，不丟失，值不更改，最終所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)贊成它。Paxos中稱為提案被決定，Raft,ZAB,VR稱為日志被提交，這只是說(shuō)法問(wèn)題。一個(gè)日志一旦被提交(或者決定），就不會(huì)丟失，也不可能更改，這一點(diǎn)這4個(gè)協(xié)議都是一致的。Multi-paxos和Raft都用一個(gè)數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)leader的合法性，multi-paxos中叫proposer-id，Raft叫term，意義是一樣的，multi-paxos proposer-id最大的Leader提出的決議才是有效的，raft協(xié)議中term最大的leader才是合法的。實(shí)際上raft協(xié)議在leader選舉階段，由于老leader可能也還存活，也會(huì)存在不只一個(gè)leader的情形，只是不存在term一樣的兩個(gè)leader，因?yàn)檫x舉算法要求leader得到同一個(gè)term的多數(shù)派的同意，同時(shí)贊同的成員會(huì)承諾不接受term更小的任何消息。這樣可以根據(jù)term大小來(lái)區(qū)分誰(shuí)是合法的leader。Multi-paxos的區(qū)分leader的合法性策略其實(shí)是一樣的，誰(shuí)的proproser-id大誰(shuí)合法，而proposer-id是唯一的。因此它們其實(shí)在同一個(gè)時(shí)刻，都只會(huì)存在一個(gè)合法的leader。同時(shí)raft協(xié)議的Leader選舉算法，新選舉出的Leader已經(jīng)擁有全部的可以被提交的日志，而multi-paxos擇不需要保證這一點(diǎn)，這也意味multi-paxos需要額外的流程從其它節(jié)點(diǎn)獲取已經(jīng)被提交的日志。因此raft協(xié)議日志可以簡(jiǎn)單的只從leader流向follower在raft協(xié)議中，而multi-paxos則需要額外的流程補(bǔ)全已提交的日志。需要注意的是日志可以被提交和日志已經(jīng)被提交是兩個(gè)概念，它們的區(qū)別就像是我前方有塊石頭和我得知我前方有塊石頭。但是實(shí)際上，Raft和multi-Paxos一旦日志可以被提交，就能會(huì)保證不丟失，multi-paxos天然保證了這一點(diǎn)，這也是為什么新leader對(duì)于尚未被確認(rèn)已經(jīng)提交的日志需要重新執(zhí)行經(jīng)典paxos的階段一，來(lái)補(bǔ)全可能缺失的已經(jīng)被提交的日志，Raft協(xié)議通過(guò)強(qiáng)制新Leader首先提交一個(gè)本term的no-op 日志，配合前面提到的Leader選舉算法所保證的性質(zhì)，確保了這一點(diǎn)。一條日志一旦被多數(shù)派的節(jié)點(diǎn)寫入本地日志文件中，就可以被提交，但是leader只有得知這一點(diǎn)后，才會(huì)真正commit這條日志，此時(shí)日志才是已經(jīng)被提交的。

Raft協(xié)議強(qiáng)調(diào)日志的連續(xù)性，multi-paxos則允許日志有空洞。日志的連續(xù)性蘊(yùn)含了這樣一條性質(zhì)：如果兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)上相同序號(hào)的日志，只要term相同，那么這兩條日志必然相同，且這和這之前的日志必然也相同的，這使得leader想follower同步日志時(shí)，比對(duì)日志非常的快速和方便；同時(shí)Raft協(xié)議中日志的commit（提交）也是連續(xù)的，一條日志被提交，代表這條日志之前所有的日志都已被提交，一條日志可以被提交，代表之前所有的日志都可以被提交。日志的連續(xù)性使得Raft協(xié)議中，知道一個(gè)節(jié)點(diǎn)的日志情況非常簡(jiǎn)單，只需要獲取它最后一條日志的序號(hào)和term。可以舉個(gè)列子，A,B,C三臺(tái)機(jī)器，C是Leader，term是3，A告訴C它們最后一個(gè)日志的序列號(hào)都是4，term都是3，那么C就知道A肯定有序列號(hào)為1,2,3,4的日志，而且和C中的序列號(hào)為1,2,3,4的日志一樣，這是raft協(xié)議日志的連續(xù)性所強(qiáng)調(diào)的，好了那么Leader知道日志1，2，3，4已經(jīng)被多數(shù)派（A,C)擁有了，可以提交了。同時(shí)，這也保證raft協(xié)議在leader選舉的時(shí)候，一個(gè)多數(shù)派里必然存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有全部的已提交的日志，這是由于最后一條被commit的日志，至少被多數(shù)派記錄，而由于日志的連續(xù)性，擁有最后一條commit的日志也就意味著擁有全部的commit日志，即至少有一個(gè)多數(shù)派擁有所有已commit的日志。并且只需要從一個(gè)多數(shù)集中選擇最后出最后一條日志term最大且序號(hào)最大的節(jié)點(diǎn)作為leader，新leader必定是擁有全部已commit的日志(關(guān)于這一點(diǎn)的論證，可以通過(guò)反證法思考一下，多數(shù)集中節(jié)點(diǎn)A擁有最后一條已commit的日志，但是B沒(méi)有，而B(niǎo)當(dāng)選leader。根據(jù)選主的法則只能有兩種可能(1)當(dāng)選而A最后一條日志的term小于B；(2)A最后一條日志的term等于B，但是A的日志少于B。1,2可能嘛？）而對(duì)于multi-paxos來(lái)說(shuō)，日志是有空洞的，每個(gè)日志需要單獨(dú)被確認(rèn)是否可以commit，也可以單獨(dú)commit。因此當(dāng)新leader產(chǎn)生后，它只好重新對(duì)每個(gè)未提交的日志進(jìn)行確認(rèn)，已確定它們是否可以被commit，甚至于新leader可能缺失可以被提交的日志，需要通過(guò)Paxos階段一向其它節(jié)點(diǎn)學(xué)習(xí)到缺失的可以被提交的日志，當(dāng)然這都可以通過(guò)向一個(gè)多數(shù)派詢問(wèn)完成（這個(gè)流程存在著很大的優(yōu)化空間，例如可以將這個(gè)流程合并到leader選舉階段，可以將所有日志的確認(rèn)和學(xué)習(xí)合并到一輪消息中，減少消息數(shù)目等）。但是無(wú)論是Raft還是multi-paxos，新leader對(duì)于那些未提交的日志，都需要重新提交，不能隨意覆寫，因?yàn)閮烧叨紵o(wú)法判定這些未提交的日志是否已經(jīng)被之前的leader提交了。所以本質(zhì)上，兩者是一樣的。一個(gè)日志被多數(shù)派擁有，那么它就可以被提交，但是Leader需要通過(guò)某種方式得知這一點(diǎn)，同時(shí)為了已經(jīng)被提交的日志不被新leader覆寫，新leader需要擁有所有已經(jīng)被提交的日志（或者說(shuō)可以被提交，因?yàn)橛袝r(shí)候并沒(méi)有辦法得知一條可以被提交的日志是否已經(jīng)被提交，例如當(dāng)只有老leader提交了該日志，并返回客戶端成功，然而老leader掛了），之后才能正常工作，并且需要重新提交所有未commit的日志。兩者的區(qū)別在于Leader確認(rèn)提交和獲取所有可以被提交日志的方式上，而方式上的區(qū)別又是由于是日志是否連續(xù)造成的，Raft協(xié)議利用日志連續(xù)性，簡(jiǎn)化了這個(gè)過(guò)程。

在Raft和multi-paxos協(xié)議確保安全性的原理上，更進(jìn)一步的說(shuō)，所有的凡是 滿足 集群中存活的節(jié)點(diǎn)數(shù)還能構(gòu)成一個(gè)多數(shù)派，一致性就能滿足的算法，raft協(xié)議，paxos，zab，viewstamp都是利用了同一個(gè)性質(zhì)：兩個(gè)多數(shù)派集合之間存在一個(gè)公共成員。對(duì)于一致性協(xié)議來(lái)說(shuō)，一旦一個(gè)變量的值被確定，那么這個(gè)變量的值應(yīng)該是唯一的，不再更改的。Raft,paoxos等協(xié)議，對(duì)于一個(gè)變量v來(lái)說(shuō)，一個(gè)由節(jié)點(diǎn)n1提出的值a只有被一個(gè)多數(shù)集q1認(rèn)可并記錄后，才會(huì)正式令v=a，如果另一個(gè)節(jié)點(diǎn)n2想要修改變量v的值為b，也需要一個(gè)多數(shù)集q2的認(rèn)可，而q1和q2必然至少有一個(gè)共同的成員p,節(jié)點(diǎn)p已經(jīng)記錄了v=a。因此只需要通過(guò)增加一些約束，讓p能夠告訴節(jié)點(diǎn)n2這個(gè)事實(shí)：v=a，使得n2放棄自己的提議，或者讓節(jié)點(diǎn)p拒絕節(jié)點(diǎn)n2想要賦予v的值為b這個(gè)行為，都可以確保變量v的一致性不被破壞。這個(gè)思想對(duì)于這個(gè)四個(gè)協(xié)議來(lái)說(shuō)都是一樣的，4個(gè)協(xié)議都使用一個(gè)唯一的整數(shù)作為標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)明leader的合法性，paxos叫做proposer-id，ZAB叫epoch，VR叫view，raft叫term。把leader看做是想要賦予變量v某個(gè)值的節(jié)點(diǎn)n1,n2，上面提到的情形中，如果n2是目前的合法leader，那么n2需要知道v=a這個(gè)事實(shí)，對(duì)于raft來(lái)說(shuō)就是選擇n2是已經(jīng)記錄了v=a的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于multi-paxos來(lái)說(shuō)，就是重新確認(rèn)下v的值。如果n1是目前的合法leader，n2是老的leader，p就會(huì)根據(jù)leader的標(biāo)識(shí)符拒絕掉n2的提案，n2的提案會(huì)由于得不到一個(gè)多數(shù)派的接受而失效。最直接的從理論上闡明這個(gè)原理的是經(jīng)典的paxos算法，關(guān)于這個(gè)原理更具體的闡述可以看看我在如何淺顯易懂地解說(shuō) Paxos 的算法？下的回答。所以確實(shí)在一定程度上可以視r(shí)aft,ZAB,VR都是paxos算法的一種改進(jìn)，一種簡(jiǎn)化，一種優(yōu)化，一種具象化。Lamport老人家還是最具思想和代表的，不過(guò)值得一提的是，ZAB和raft作者確實(shí)是受了paxos很多啟發(fā)，VR是幾乎同時(shí)獨(dú)立于paxos提出的。

Raft容易實(shí)現(xiàn)在于它的描述是非常規(guī)范的，包括了所有的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。如上面的人說(shuō)的有如偽代碼。而paxos的描述側(cè)重于理論，工程實(shí)現(xiàn)按照谷歌chubby論文中的說(shuō)話，大家從paxos出現(xiàn)，寫著寫著，處理了n多實(shí)際中的細(xì)節(jié)之后，已經(jīng)變成另外一個(gè)算法了，這時(shí)候正確性已經(jīng)無(wú)法得到理論的保證。所以它的實(shí)現(xiàn)非常難，因?yàn)橐恢滦詤f(xié)議實(shí)非常精妙的。小細(xì)節(jié)上沒(méi)考慮好，整個(gè)協(xié)議的一致性就崩潰了，而發(fā)現(xiàn)并更正細(xì)節(jié)上的錯(cuò)誤在沒(méi)有詳盡的現(xiàn)成的參考的情況下是困難的，這需要對(duì)協(xié)議很深的理解。而且在Raft協(xié)議的博士論文CONSENSUS: BRIDGING THEORY AND PRACTICE，兩位作者手把手事無(wú)巨細(xì)的教你如何用raft協(xié)議構(gòu)建一個(gè)復(fù)制狀態(tài)機(jī)。我表示智商正常的大學(xué)生，都能看懂。我相信在未來(lái)一致性現(xiàn)在被提起來(lái)，肯定不是現(xiàn)在這樣，大部分人覺(jué)得好難啊，實(shí)現(xiàn)更難。但是未來(lái)其應(yīng)該會(huì)成為一種常用技術(shù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的raft算法与paxos算法相比有什么优势，使用场景有什么差异？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。