5.1 Raft 基础

一个 Raft 集群包括若干服务器；对于一个典型的5服务器集群，该集群能够容忍2台机器不能正常工作，而整个系统保持正常。在任意的时间，每一个服务器一定会处于以下三种状态中的一个：Leader、Candidate、Follower。在正常情况下，只有一个服务器是Leader，剩下的服务器是 Follower。Follower 是被动的：它们不会发送任何请求，只是响应来自 Leader 和 Candidate 的请求。Leader来处理所有来自客户端的请求（如果一个客户端与 Follower 进行通信，Follower 会将信息发送 Leader）。Candidate 是用来选取一个新的 Leader 的，这一部分会在 5.2节进行阐释。图-4 阐述了这些状态，以及它们之间的转换；它们的转换会在下面进行讨论。

图-4：服务器的状态。Follower 只响应其他服务器的请求。如果 Follower 没有收到任何消息，它会成为一个 Candidate 并且开始一次选举。收到大多数服务器投票的 Candidate 会成为新的 Leader。Leader 在它们宕机之前会一直保持 Leader 的状态。

图-5：时间被分为一个个的任期（Term），每一个任期的开始都是 Leader 选举。在成功选举之后，一个 Leader 会在任期内管理整个集群。如果选举失败，该任期就会因为没有 Leader 而结束。这个转变会在不同的时间的不同服务器上观察到。

如 图-5 所示，Raft 算法将时间划分成为任意不同长度的任期（Term）。任期用连续的数字进行表示。每一个任期的开始都是一次选举，就像 5.2节所描述的那样，一个或多个 Candidate 会试图成为Leader。如果一个 Candidate 赢得了选举，它就会在该任期的剩余时间担任 Leader。在某些情况下，选票会被瓜分，有可能没有选出 Leader，那么，将会开始另一个任期，并且立刻开始下一次选举。Raft 算法保证在给定的一个任期最少要有一个 Leader。

不同的服务器可能会在任期内观察到多次不同的状态转换，在某些情况下，一台服务器可能看不到一次选举或者一个完整的任期。任期在 Raft 中充当逻辑时钟的角色，并且它们允许服务器检测过期的信息，比如过时的 Leader。每一台服务器都存储着一个当前任期的数字，这个数字会单调的增加。当服务器之间进行通信时，会互相交换当前任期号；如果一台服务器的当前任期号比其它服务器的小，则更新为较大的任期号。如果一个 Candidate 或者 Leader 意识到它的任期号过时了，它会立刻转换为 Follower 状态。如果一台服务器收到的请求的任期号是过时的，那么它会拒绝此次请求。

Raft中的服务器通过远程过程调用（RPC）来通信，基本的 Raft 一致性算法仅需要 2 种 RPC。RequestVote RPC是 Candidate 在选举过程中触发的（5.2节），AppendEntries RPC 是 Leader 触发的，为的是复制日志条目和提供一种心跳（Heartbeat）机制（5.3节）。第7章加入了第三种 RPC 来在各个服务器之间传输快照（Snapshot）。如果服务器没有及时收到 RPC 的响应，它们会重试，并且它们能够并行的发出 RPC 来获得最好的性能。