title: 共识算法的前生今世总结 toc: true cover: 'https://img.paulzzh.com/touhou/random?2' date: 2022-10-30 20:50:56 categories: 分布式 tags: [分布式]
共识算法的概述；
视频：
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如上图所示，一台服务器给客户端提供服务，但是这种服务是很不稳定的；
因为如果这台服务器挂掉了，服务马上就不再可用！
因此，通常情况下会使用增加服务器副本的方式来保证系统的高可用；
上面增加的两个副本和原来的服务器一起构成了一个分布式系统；
此时存在下面的一系列问题：
一个解决思路是：
由客户端或者另一类节点维持所有服务器节点的信息，当发现主节点不可用时，他们就选择另一台服务器作为主（例如，Redis 中的 sentinel）；
这类节点也被称为“管理节点”；
但是此方法存在另一个问题：如何保证管理节点的高可用性？
由于管理高可用节点的管理节点本身也存在高可用的问题，因此此方法存在无限循环的问题；
一个解决方法是引入外界因素，例如管理节点如果宕机，则人为介入为维护等：
但是这种方法需要人工介入！
有没有一个不依赖外界因素来自动完成主节点选举，错误切换的方法呢？
答案就是：共识算法！
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共识算法中一个最重要的思路就是投票选举；
简单来讲就是：
负责处理客户端请求的主服务器，由集群中所有其他服务器投票选举出来；
只有得票超过半数的服务器才能够成为主服务器，从而负责处理客户端请求；
因此，只要集群中存在超过半数的服务器没有宕机，整个集群就能正常对外提供服务！
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Lamport 投稿 Paxos 被拒的故事…
论文 1990 年提交给了TOCS，直到 1996 年 由图灵奖获得者 Butler Lampson 发现，并在：
《How to build a Highly Available System Using Consensus》对算法进行了描述；
才让 Paxos 获得了广泛关注；
1998 年，TOCS 发表了：
《The part time parliament》
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由于 Paxos 算法难以理解并且难以落地，因此学术界和工业界在此基础之上进行了很多探索；
最重要的是 Google 的两篇 2006 年的论文：
Chubby:
Indeed, all working protocols for asynchronous consensus we have so far encountered have Paxos at their core.
目前为止所有异步共识算法的核心都是 Paxos；
chubby 发表后，在开源社区推出了与之对应的 ZooKeeper（其 ZAB 共识算法是 Paxos 的一个变种）；
而 2014 年发表的 Raft 共识算法也是 Paxos 的一个更易理解的变种；
下面是一些演变：
其中，他们一个一致的改造点是：设计了一个有较长生命周期的 Leader！
对于 Basic Paxos 而言，每次决议一个新的问题，都要投票选举出一个对此问题的负责人，由此负责人处理此问题，因此每次出现新问题都要重新进行一次投票选举；
而有长生命周期的 Leader 的方案是由集群选出一个 Leader，此 Leader 在他的任期内直接负责处理所有问题，只有 Leader 宕机或任期结束，才会重新进行一次投票选举；
显然，长生命周期的 Leader 的方案选举次数更少，也就是用于维持共识算法的代价更小，因此更适用于工业生产；
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共识算法的概述；
视频：
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