Quartz 4

Raft领导者选举

3 min read

stateDiagram-v2
    [*] --> Follower
    Follower --> Candidate: 选举超时
    Candidate --> Leader: 获得多数票
    Candidate --> Follower: 发现更高任期 或 超时
    Leader --> Follower: 发现更高任期

为什么需要领导者？

在分布式系统中，Raft通过强领导者机制简化共识过程。领导者负责管理日志复制、处理客户端请求，并持续向其他节点发送心跳包维持权威。这种设计使得Raft比Paxos更易理解与实现。

选举三要素

1. 节点状态机

  • 跟随者（Follower）：被动接收指令
  • 候选者（Candidate）：发起选举的临时状态
  • 领导者（Leader）：集群唯一有效决策者

2. 任期（Term）

全局单调递增的逻辑时钟，每个任期最多产生一个Leader。当节点发现更高任期时立即转为Follower。

3. 心跳机制

sequenceDiagram
    Leader->>Follower: 心跳包（term=N）
    Follower->>Leader: 响应（term=N）
    Note over Leader: 重置心跳计时器
    Note over Follower: 重置选举计时器

选举触发机制

当跟随者在选举超时时间（通常150-300ms随机值）内未收到心跳：

  1. 自增当前任期
  2. 转换为候选者状态
  3. 向所有节点发送RequestVote RPC
  4. 启动选举超时计时器

投票规则

候选人需要获得超过半数节点的选票才能当选。每个节点在同一任期内：

  • 最多投出一票（先到先得）
  • 只投票给日志至少和自己一样新的候选人（比较最后日志的term和index）
flowchart TB
    A[候选人发起投票] --> B{日志更旧?}
    B -->|是| C[拒绝投票]
    B -->|否| D[授予投票]

选举结果处理

  • 赢得多数票：立即成为领导者，广播心跳确立权威
  • 收到更高任期：立即转为跟随者
  • 选举超时：重启选举（随机化超时避免活锁）

工程实践要点

  1. 随机化超时：150-300ms范围内的随机值可有效防止多个候选人同时竞选
  2. 预选举优化：在增加任期前先发起预投票（Pre-Vote）避免网络分区导致的任期爆炸
  3. 心跳广播：领导者当选后立即发送空日志心跳，减少客户端请求等待

实现代码

见Commit：lab3A: 修复了很弱智的bug · hyperv0id

Graph View