常见一致性协议

一、强一致性

保证 CP 架构的一致性

Paxos

Paxos 是指分布式系统中，针对某个值通过提案和投票，多数派达成一致的算法（协议）。

参考：一文解读分布式一致性协议Paxos

三个角色

• Proposer（提案者）：多个；接受客户端请求，主动发起提案
• Acceptor（接受者｜投票者）：多个；被动接受提案消息，参与投票并返回结果给 Proposer,发送通知给 Learner
• Learner（学习者）：多个；被动接受 Acceptor 的通知，不参与投票，记录投票信息，并获取最终投票结果

两个阶段

• Prepare (提案) 阶段：Proposer 选择一个唯一的提案编号 n，向大多数 Acceptor 发送 Prepare 请求。 Acceptor 收到请求后，如果 n 大于自己响应的最大提案编号，回复响应并不会接受小于 n 编号提议。
• Accept（接受）阶段：如果 Proposer 收到大多数 Acceptor 的响应，则会向 Acceptor 发送 Accept(n, value) 请求。Acceptor 收到请求后，如果 n 大于等于自己响应的最大提案编号，则接受该提案，并向 Learner 发送通知。

Raft

是一种应用广泛的强一致性、去中心化、高可用分布式共识算法。

参考：共识算法 Raft

三个角色

• Leader（领导者）：任何时刻，集群中唯一，接受客户端请求，并将请求转换为日志条目，复制到 Follower。
• Follower（跟随者）：接受来自 Leader 的日志条目。当 Leader 出现故障时，Follower 将变成 Candidate，发起选举。
• Candidate（候选者）：Leader 选举过程中临时角色，向其他节点发起投票请求，获取多数选票将成为新的 Leader。

Leader 选举

Leader 与 Follower 之间通过心跳机制保持联系。如果 Follower 在一定时间内没有收到 Leader 的心跳，它会变成 Candidate 并发起选举。Candidate 向其他节点发送请求投票的消息，获取多数选票后成为新的 Leader。

日志同步

Leader 接受客户端请求后，将请求转换为日志条目，并将其复制到所有 Follower。当多数 Follower 确认收到日志条目后，Leader 才向客户端返回成功响应。

安全性

成为 Leader 需要多数票，已经提交的日志条目一定存在多数派中，多数派必有交集。保证了新的 Leader 一定包含最新的日志条目。 要求节点数为奇数，最多容忍 (N-1)/2 个节点故障。

ZAB

todo

quorum

是一种用于分布式系统中实现一致性的机制，核心思想基于多数派原则，即读写操作必须获取多数节点确认，才能返回成功。

工作原理：

• 写操作：数据写入至少需要多数节点确认，写入操作才 ACK
• 读操作：数据读取至少需要多数节点确认，读取操作才 ACK

二、弱（最终）一致性

适用于实现 AP 架构最终一致性

Gossip

Gossip 是一种通过“随机节点间周期性交换信息”来实现全网最终一致的数据传播算法。

O(log N) 轮就可以传播到全网。

三、对比

特性	Gossip协议	Quorum 协议	RAFT 协议	Paxos 协议
类型	弱一致性协议框架	一致性协议框架	共识算法	共识算法
操作机制	随机节点间周期性交换信息	多数副本确认	领导者选举 + 日志复制	两阶段投票
一致性保证	弱（最终一致性）	高	强一致性	强一致性
最大容错能力	-	(N-1)/2	(N-1)/2	(N-1)/2
易用性/可读性	较易理解	较易理解	易于实现与理解	理论复杂，难以实现
应用示例	Redis Cluster, Cassandra	MongoDB, Cassandra	etcd, Consul, TiKV	Chubby, Google Spanner 等