Zookeeper的Paxos分散式一致性演算法-類比的方式去理解
阿新 • • 發佈：2018-12-24
Paxos是一個基於訊息傳遞的一致性演算法，近幾年被廣泛應用於分散式計算中，Google的Chubby，Apache的Zookeeper都是基於它的理論來實現的，Paxos還被認為是到目前為止唯一的分散式一致性演算法，其它的演算法都是Paxos的改進或簡化。Paxos只有在一個可信的計算環境中才能成立，這個環境是不會被入侵所破壞的。
由Leslie Lamport發明了Paxos演算法，他目前供職於微軟研究院。1998年在ACM Transactions on Computer Systems的《The Part-Time Parliament》論文是Paxos演算法第一次公開發表，文字可參考微軟研究院地址：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/lamport/pubs/lamport-paxos.pdf。Lamport覺得同行無法接受他的幽默感，於是用容易接受的方法重新表述了一遍，文字可參考微軟研究院地址：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/lamport/pubs/paxos-simple.pdf。
Paxos演算法的中文譯本可參考這裡：http://zh.wikipedia.org/zh-cn/Paxos%E7%AE%97%E6%B3%95。
本文部分內容根據http://www.spnguru.com/?p=232的文字整理，但原地址已失效，所以實際是從這個http://blog.csdn.net/cxhzqhzq/article/details/6568040轉帖整理。
Paxos描述了這樣一個場景，有一個叫做Paxos的小島(Island)上面住了一批居民，島上面所有的事情由一些特殊的人決定，他們叫做議員(Senator)。議員的總數(Senator Count)是確定的，不能更改。島上每次環境事務的變更都需要通過一個提議(Proposal)，每個提議都有一個編號(PID)，這個編號是一直增長的，不能倒退。每個提議都需要超過半數((Senator Count)/2 +1)的議員同意才能生效。每個議員只會同意大於當前編號的提議，包括已生效的和未生效的。如果議員收到小於等於當前編號的提議，他會拒絕，並告知對方：你的提議已經有人提過了。這裡的當前編號是每個議員在自己記事本上面記錄的編號，他不斷更新這個編號。整個議會不能保證所有議員記事本上的編號總是相同的。現在議會有一個目標：保證所有的議員對於提議都能達成一致的看法。
現在議會開始運作，所有議員一開始記事本上面記錄的編號都是0。有一個議員發了一個提議：將電費設定為1元/度。他首先看了一下記事本，嗯，當前提議編號是0，那麼我的這個提議的編號就是1，於是他給所有議員發訊息：1號提議，設定電費1元/度。其他議員收到訊息以後查了一下記事本，哦，當前提議編號是0，這個提議可接受，於是他記錄下這個提議並回復：我接受你的1號提議，同時他在記事本上記錄：當前提議編號為1。發起提議的議員收到了超過半數的回覆，立即給所有人發通知：1號提議生效！收到的議員會修改他的記事本，將1好提議由記錄改成正式的法令，當有人問他電費為多少時，他會檢視法令並告訴對方：1元/度。
現在看衝突的解決：假設總共有三個議員S1-S3，S1和S2同時發起了一個提議:1號提議，設定電費。S1想設為1元/度, S2想設為2元/度。結果S3先收到了S1的提議，於是他做了和前面同樣的操作。緊接著他又收到了S2的提議，結果他一查記事本，咦，這個提議的編號小於等於我的當前編號1，於是他拒絕了這個提議：對不起，這個提議先前提過了。於是S2的提議被拒絕，S1正式釋出了提議: 1號提議生效。S2向S1或者S3打聽並更新了1號法令的內容，然後他可以選擇繼續發起2號提議。
現在讓我們來對號入座，看看在ZK Server裡面Paxos是如何得以貫徹實施的。
小島(Island)——ZK Server Cluster
議員(Senator)——ZK Server
提議(Proposal)——ZNode Change(Create/Delete/SetData…)
提議編號(PID)——Zxid(ZooKeeper Transaction Id)
正式法令——所有ZNode及其資料
在所有議員中設立一個總統，只有總統有權發出提議，如果議員有自己的提議，必須發給總統並由總統來提出。
總統——ZK Server Leader
現在我們假設總統已經選好了，下面看看ZK Server是怎麼實施的。
情況一：
屁民甲(Client)到某個議員(ZK Server)那裡詢問(Get)某條法令的情況(ZNode的資料)，議員毫不猶豫的拿出他的記事本(local storage)，查閱法令並告訴他結果，同時宣告：我的資料不一定是最新的。你想要最新的資料？沒問題，等著，等我找總統Sync一下再告訴你。
情況二：
屁民乙(Client)到某個議員(ZK Server)那裡要求政府歸還欠他的一萬元錢，議員讓他在辦公室等著，自己將問題反映給了總統，總統詢問所有議員的意見，多數議員表示欠屁民的錢一定要還，於是總統發表宣告，從國庫中拿出一萬元還債，國庫總資產由100萬變成99萬。屁民乙拿到錢回去了(Client函式返回)。
情況三：
總統突然掛了，議員接二連三的發現聯絡不上總統，於是各自發表宣告，推選新的總統，總統大選期間政府停業，拒絕屁民的請求。