什么是Paxos、Raft、Zab协议

Paxos、Raft、Zab是三种在分布式系统中用于实现一致性的重要协议。

下面分别介绍这三种协议： 1. Paxos协议 简介： Paxos算法由Leslie Lamport在1990年提出，是分布式系统领域中的经典协议之一，被广泛应用于数据库、分布式文件系统、分布式缓存等系统中。

Paxos协议提供了一种在异步网络模型下实现分布式系统状态机复制的解决方案，确保分布式系统中多个节点之间的数据副本保持一致。

核心概念： Proposal：提案，由提案编号（Proposal Number）和提案值（Proposal Value）组成。

角色： Proposer（提案者）：处理客户端请求，主动发起提案。

Acceptor（投票者）：被动接受提案消息，参与投票并返回投票结果给Proposer，以及发送通知给Learner。

Learner（学习者）：不参与投票过程，记录投票相关信息，并最终获得投票结果。

基本流程： Paxos算法分为两个阶段：Prepare阶段和Accept阶段。

在Prepare阶段，Proposer向所有Acceptor发送提案请求；Acceptor根据提案编号决定是否接受该请求，并返回之前接受过的最大提案编号和提案值。

在Accept阶段，如果Proposer收到了超过半数的Prepare响应，它会向所有Acceptor发送包含提案编号和提案值的Accept请求，最终达成共识。

特点： 强一致性、高可用、去中心化。

适用于允许消息重复、丢失、延迟或乱序，但没有拜占庭式错误的网络环境。

2. Raft协议 简介： Raft是一种由Diego Ongaro和John Ousterhout在2013年开发的基于领导者的共识算法，它使得管理复制日志变得更加容易理解。

Raft通过分解共识问题为领导选举、日志复制和安全性三个子问题来简化状态空间，提高系统的可靠性和可用性。

核心概念： 角色： Leader（领导者）：处理所有客户端请求，并将日志条目复制到Follower。

Follower（跟随者）：响应来自Leader和Candidate的请求。

Candidate（候选者）：用于选举新的Leader的中间状态。

任期（Term）：每个任期都由一个单调递增的数字标识，用于检测Leader的状态是否已过期。

基本流程： 领导者选举：Follower在超时时间内未收到Leader的心跳包时，会增加任期号并转变为Candidate，发起选举投票。

日志复制：Leader通过AppendEntries RPC将日志条目复制到Follower，并确保大多数Follower已复制日志条目后再提交日志。

安全性：确保已提交的日志条目不会被修改或删除。

特点： 简洁易懂、易于实现。

适用于非拜占庭容错的分布式系统。

3. Zab协议 简介： Zab（Zookeeper Atomic Broadcast）协议是为分布式协调服务ZooKeeper专门设计的一种支持崩溃恢复和原子广播的协议。

它基于2PC（两阶段提交）算法进行了改进，用于实现ZooKeeper集群中各副本之间数据的一致性。

核心概念： 角色： Leader（领导者）：接收并处理客户端的所有事务请求，并将事务Proposal广播给Follower。

Follower（跟随者）：响应Leader的心跳，处理并转发客户端的读请求，对写请求进行投票。

Observer（观察者）：与Follower类似，但不参与选举和事务投票。

ZXID：ZooKeeper集群中事务的唯一标识，保证全局有序。

基本流程： 消息广播：Leader为每个事务请求生成对应的事务Proposal，并将其广播给所有Follower。

投票与提交：Follower在收到Proposal后，将其写入本地磁盘并返回ACK响应。

当Leader收到超过半数的ACK响应后，广播Commit消息要求Follower提交事务。

崩溃恢复：在Leader崩溃或网络中断后，通过选举产生新的Leader，并进行数据同步以恢复一致性。

特点： 专为ZooKeeper设计，支持崩溃恢复和原子广播。

实现了一种主备模式的系统架构，确保集群中各副本之间数据的一致性。