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理解分布式一致性:Paxos协议之Cheap Paxos & Fast Paxos

在前面一篇文章我们讲到了理解分布式一致性:Paxos协议之Multi-Paxos,本篇文章我会讲解Paxos协议的另外两个变种:Cheap Paxos和Fast Paxos。

Cheap Paxos

Cheap Paxos 是Basic Paxos 的继承版本。其实所有的Paxos变种都来自与Basic Paxos,都是基于它来进行改进的。那么Cheap Paxos有什么特点呢?
在Basic Paxos中,我们知道,共识如果想要正常进行的话,出错的节点数目必须小于n/2, 也就是说必须要有大于n/2的节点正常运行才能共识成功。节点运行就不可避免的会占用资源,有没有什么办法可以即节省资源又可以保证节点正常共识呢?
办法就是Cheap Paxos:我们在Cheap Paxos里面引入了辅助节点的概念,辅助节点只有在必须需要它来达成共识的情况下才会启动。举个例子,如果我们总共有N+1个节点,那么我们只能够忍受N/2个节点出错,否则系统不能达成共识。但是当我们再引入N个辅助节点,即使有N个节点出错,只要额外的N个辅助节点启动并正常工作,就能达成共识并保证系统的正常运行,辅助节点在正常节点恢复工作后会自动停止,这样只是在必要的时候才启动辅助资源,就大大的解约了分布式系统的成本,所以叫它Cheap Paxos.

Message flow: Cheap Multi-Paxos

下图是3个正常节点+1个辅助节点的流程,如果系统规定的共识节点个数是3个,那么当一个正常节点挂掉之后,辅助节点会起来帮助完成共识工作。

Fast Paxos

在之前提到的Paxos协议中,消息最后到达Learner一般都要经历 Client–>Proposer–>Acceptor–>Learner 总共3个步骤。

那么有没有更快的方法让消息到达Learner呢?毕竟Learner是真正执行任务的,我们希望这个任务更加快速的为Learner所知。方法就是如果Proposer本身没有数据需要被确认的话,那么Client可以直接发送Accept请求给Acceptor,从而跳过Proposer这一步,这样的操作叫做Fast Paxos。

这里还要注意一点,Client 发送请求给Proposer是直接发送给Leader,也就是发送一次就够了,但是发给Acceptor的话就要所有的Acceptors都发一遍。

Message flow: Fast Paxos, non-conflicting

下图列出了正常运行的情况,没有冲突正常执行。

Message flow: Fast Paxos, conflicting proposals

当有多个Client同时发送Accept请求的时候就有可能产生冲突。这时候有两种解决办法。
1. Leader检测到冲突之后,根据规定的算法从冲突中选择一个数据,重新发送Accept请求。如下图所示:

  1. 当检测到冲突的时候,如果Acceptors自己就能解决冲突,那么就完全不需要Leader再次发送Accept请求了,这样就又减少了一次请求,节省了时间。如下图所示:

Message flow: Fast Paxos with uncoordinated recovery, collapsed roles

下图是所有的角色集合到一个Server的情况,是更加简洁的实现。

更多教程请参考 flydean的博客

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