Paxos--分布式一致性算法

相关概念

instance(实例)：一次Paxos算法执行。
proposal（议案）：未经批准的决议称为议案。
value（决议）：被最终批准通过的议案中的value，也就是proposal提案对应的值
Proposer（提案者）：提出议案
Acceptor（批准者）：审批议案
Leaner（学习者）：学习决议
minProposal（最小提案值）：在一个Paxos Instance内，当前接收的最小提议值，会不断更新

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Paxos选举的流程

Paxos Instance主要包括两个阶段:准备阶段(prepare phase)和提议阶段(accept phase)。如下图所示：

1. 准备阶段 prepare

1.获取一个Proposal ID，也就是n,为了保证Proposal ID递增，可以采用时间戳+server ID方式生成；
2.提议者向所有节点（提议者）广播prepare(n)请求；
3.接收者比较n和minProposal，如果n>minProposal,表示有更新的提议，更新最小提案值minProposal=n；否则将(acceptedProposal,acceptedValue)返回，即将acceptor内部保存的最小提案值返回到接受者，便于接受者根据提案值重新获取一个大于该提案值的Proposal ID；

if n > minProposal    then minProposal = n;// 有更新的提议;更新最小提案值else    return (acceptedProposal, acceptedValue);//将acceptor内部保存的最小提案值返回到提议者，便于提议者根据最小提案值重新获取一个大于该提案值的Proposal ID；

4.提议者接收到过半数请求（多数派、法定集合）后，如果发现有acceptedValue返回，表示有比当前proposal更新的提议，保存acceptedValue到本地，然后跳转到步骤1，生成一个ID值更高的提议；

提议阶段 accpetor

5.到这里表示在当前paxos instance内，没有优先级更高的提议，可以进入第二阶段，广播accept(n,value)到所有节点；
6.接收者比较n和minProposal，如果n>=minProposal,则acceptedProposal=minProposal=n，acceptedValue=value，本地持久化后，返回；
否则，返回minProposal,表示在接受者里有比n更新的提议，需要重新进行提交提议；
7.提议者接收到过半数请求后，如果发现有返回值>n，表示有比n更新的提议，跳转到步骤1；否则value达成一致。
从上述流程可知，并发情况下，可能会出现第4步或者第7步频繁重试的情况，导致性能低下，更严重者可能导致永远都无法达成一致的情况，就是所谓的“活锁”，如下图所示：

1.S1作为提议者，发起prepare(3.1),并在S1,S2和S3达成多数派；
2.随后S5作为提议者 ，发起了prepare(3.5)，并在S3,S4和S5达成多数派；
3.S1发起accept(3.1,value1)，由于S3上提议 3.5>3.1,导致accept请求无法达成多数派，S1尝试重新生成提议
4.S1发起prepare(4.1),并在S1，S2和S3达成多数派
5.S5发起accpet(3.5,value5)，由于S3上提议4.1>3.5，导致accept请求无法达成多数派，S5尝试重新生成提议
6.S5发起prepare(5.5),并在S3,S4和S5达成多数派，导致后续的S1发起的accept(4.1,value1)失败

……

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prepare阶段有两个目的：

1）检查是否有被批准的值，如果有，就改用批准的值；
2）如果之前的提议还没有被批准，则阻塞掉他们，从而不让它们与其自身发生竞争（由提议ID的大小决定）。

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Paxos协议对于如何决定变量v的值的流程。
提议者：
询问：询问法定集合的进程自身v的值;
预提议：发送包含自身proposer-id的预提案给法定集合接受者;
提议：发送的预提案得到一个法定集合接受者的回复后，如果询问的结果是法定集合的接受者均未给v赋予值，那么提议者拥有自由赋值的权利，不然提议者从中选择一个值赋予给v。假定自由赋予或者选择的值为c，发送包含c和proposer-id的提案给接受者。

接受者：
处理询问：回复自身v的值处理预议案：如果收到的预提案ppq.proposer-id>自身a-proposer-id，那么更新自身a-proposer-id=ppq.proposer-id，接受这个预提案，否则拒绝这个预提案。
处理提议：如果收到的提案的pq.proposer-id>=自身a-proposer-id，那么更新a-proposer-id=pq.proposer-id，接受这个提案，记录v的值为提案中的值，即v=pq.c。

 >无论是提案还是预提案，接受者只接受proposer-id比它自身的a-proposer-id更大的消息。