一致性算法- Paxos

Paxos是一種基于消息傳遞的分布式一致性算法，由Leslie Lamport（萊斯利·蘭伯特）于1990提出。是目前公認的解決分布式一致性問題的最有效算法之一。

Paxos 是什么

Paxos協議是一個解決分布式系統中，多個節點之間就某個值（提案）達成一致（決議）的通信協議。它能夠處理在少數節點離線的情況下，剩余的多數節點仍然能達成一致。

概念定義

Proposal：為了就某一個值達成一致而發起的提案，包括提案編號和提案的值。

涉及角色如下：
　　
　　Proposer：提案發起者，為了就某一個值達成一致，Proposer可以以任意速度、發起任意數量的提案，可以停止或重啟。
　　
　　Acceptor：提案批準者，負責處理接收到的提案，響應、作出承諾、或批準提案。
　　
　　Learner：提案學習者，可以從Acceptor處獲取已被批準的提案。

Paxos 協議

Paxos需要遵循如下約定：

一個Acceptor必須批準它收到的第一個提案。

如果編號為n的提案被批準了，那么所有編號大于n的提案，其值必須與編號為n的提案的值相同。

Paxos 協議是一個兩階段協議，分為Prepare 階段 和 Accept階段。

Prepare 階段

Proposer 發送 Prepare

Proposer 生成一個全局唯一且遞增的提案ID，向 Acceptor 發送請求，只攜帶提案ID即可。

Acceptor 應答 Prepare

Acceptor 接收到提案請求后，如下情況會收到應答

• 當前提交的編號大于之前的其他機器 Prepare 的編號，

• 當前是第一個提交 Prepare 的機器

Accept 階段

Proposer 發送 Accept

如果Proposer收到半數以上Acceptor對其發出的編號為N的Prepare請求的響應，那么它就會發送一個針對[N,V]提案的Accept請求給半數以上的Acceptor。注意：V就是收到的響應中編號最大的提案的value，如果響應中不包含任何提案，那么V就由Proposer自己決定。

Acceptor 應答 Accept

如果Acceptor收到一個針對編號為N的提案的Accept請求，只要該Acceptor沒有對編號大于N的Prepare請求做出過響應，它就接受該提案。

Learner

　　一旦Acceptor批準了某個提案，即將該提案發給所有的Learner。為了避免大量通信，Acceptor也可以將批準的提案，發給主Learner，由主Learner分發給其他Learner。考慮到主Learner單點問題，也可以考慮Acceptor將批準的提案，發給主Learner組，由主Learner組分發給其他Learner。

Paxos 算法演示

死循環問題

　　如果Proposer1提出編號為n1的提案，并完成了階段一。與此同時Proposer2提出了編號為n2的提案，n2>n1，同樣也完成了階段一。于是Acceptor承諾不再批準編號小于n2的提案，當Proposer1進入階段二時，將會被忽略。同理，此時，Proposer1可以提出編號為n3的提案，n3>n2，又會導致Proposer2的編號為n2的提案進入階段二時被忽略。以此類推，將進入死循環。

　　解決辦法：

　　可以選擇一個Proposer作為主Proposer，并約定只有主Proposer才可以提出提案。因此，只要主Proposer可以與過半的Acceptor保持通信，那么但凡主Proposer提出的編號更高的提案，均會被批準。

總結

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