CN114726867B - 一种基于Raft的热备多主方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及互联网技术领域，具体公开了一种基于Raft的热备多主方法。包括以下步骤：步骤S001，在完成Leader选举后，从节点集群中选择若干备用Leader节点；步骤S002，将选举的备用Leader节点进行标识，标记为“备用节点”；步骤S003，令若干个“备用节点”集群为“备用节点集群”，并对“备用节点集群”中的“备用节点”以递增顺序依次进行编号；步骤S004，将选择的备用Leader节点强制同步log；步骤S005，当Leader发生宕机时，“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票，解决了传统的Leader宕机时选主时间过长的问题。

Description

一种基于Raft的热备多主方法

技术领域

本申请涉及互联网技术领域，具体公开了一种基于Raft的热备多主方法。

背景技术

Raft是一种更为简单方便易于理解的分布式算法，主要解决了分布式中的一致性问题。相比传统的Paxos算法，Raft将大量的计算问题分解成为了一些简单的相对独立的子问题，Raft 通过选主选举一个的领导人，然后给予他全部的管理复制日志的责任来实现一致性。领导人从客户端接收日志条目，把日志条目复制到其他服务器上，并且当保证安全性的时候告诉其他的服务器应用日志条目到他们的状态机中。拥有一个领导人大大简化了对复制日志的管理。

在原始Raft共识协议中，在Leader宕机时，选主有随机超时时间，大概在150ms左右，但是随着节点变多，选主不容易达成一致，所消耗的时间可能会比较长，甚至出现长时间无法收敛的情况。在对服务停顿非常敏感的服务下，Leader集群宕机可能会影响此类服务，因此，发明人有鉴于此，提供了一种基于Raft的热备多主方法，以便解决上述问题，因此，发明人有鉴于此，提供了一种基于Raft的热备多主方法，以便解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的Leader宕机时选主时间过长的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种基于Raft的热备多主方法，包括以下步骤：

步骤S001，在完成Leader选举后，从节点集群中选择若干备用Leader节点；

步骤S002，将选举的备用Leader节点进行标识，标记为“备用节点”；

步骤S003，步骤S003，令若干个“备用节点”集群为“备用节点集群”，并对“备用节点集群”中的“备用节点”以递增顺序依次进行编号；

步骤S004，将选择的“备用节点”强制同步log；

步骤S005，当Leader发生宕机时，“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票。

进一步，在步骤S001中，在每一轮Leader选举完成后，Leader评估节点集群中每一个节点情况。

进一步，Leader评估节点集群中每一个节点情况采用以下步骤：

步骤a.Leader评估节点集群中的每一个节点强制同步log的时间值；

步骤b.分别单独记录每一个节点强制同步log的时间值；

步骤c.按照各个节点强制同步log的时间值从小到大对节点进行递增顺序进行编号；

步骤d.选择编号靠前的若干个节点为“备用节点”。

进一步，在步骤S003中，“备用节点”广播到整个节点集群的所有节点中。

进一步，所述“备用节点”发生宕机再重启时，按照步骤a、步骤b、步骤c、步骤d重新选择一个备用Leader节点，并广播到整个节点集群。

进一步，所述“备用节点”发生宕机的数量与重新选择的“备用节点”数量相同，“备用节点集群”的所有“备用节点”的数量为保持不变。

进一步，Leader对“备用节点集群”内的“备用节点”的数量进行检测，当“备用节点”的数量减少时，Leader按照步骤a、步骤b、步骤c、步骤d重新选择备用Leader节点，直至“备用节点集群”的所有“备用节点”的数量为恢复为原本数量。

进一步，在Raft非共识非备用节点宕机时，按照Raft本身算法进行重新选主或者同步日志。

进一步，Leader选择出备用Leader节点后，同步满足若干个备用节点的任期和log保持一致。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、与现有技术相比，本发明通过标识“备用节点”，Raft Leader有非常确定的备用节点，可以加速选主流程，从而解决传统的Leader宕机时选主时间过长的问题；

2、与现有技术相比，本发明通过将“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票，选主偏向性和自调整性可以降低由于Leader自身硬件原因造成的不稳定因素而反复选主；

3、与现有技术相比，本发明通过Leader评估集群中节点情况，对各个节点的通信延迟和处理速度进行检测，选出的“备用节点”一般是集群内强节点，减少了集群的不稳定性。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

一种基于Raft的热备多主方法，包括以下步骤：

步骤S001，在完成Leader选举后，从节点集群中选择若干备用Leader节点，在该步骤中，Leader需要评估节点集群中每一个节点情况，从而选择在通信延迟和处理速度能力最强的若干节点，具体的评估方式以及选择备用Leader节点的步骤如下：

步骤a.对节点集群中每一个节点强制同步log，Leader评估节点集群中的每一个节点强制同步log的时间T；节点强制同步log的时间T即代表了节点集群中的各个在通信延迟和处理速度能力。

步骤b.分别记录每一个节点强制同步log的时间T为t1，t2，t3，…，…；t1，t2，t3，…，…即为节点集群中的各个节点在通信延迟和处理速度能力直接数字体现，代表了节点集群中的各个节点在通信延迟和处理速度能力上的差异。

步骤c.按照时间T从小到大对节点进行递增顺序进行编号为0，1，2，…，…；编号0，1，2，…，…即为根据节点集群中的各个节点在通信延迟和处理速度能力上的差异进行由强到弱进行排序，从而便于选取在通信延迟和处理速度能力更强的若干节点。

步骤d.选择编号靠前的N个节点为备用节点，通过步骤a、步骤b、步骤c、步骤d选取的N个节点即为在所有的节点集群中的各个在通信延迟和处理速度能力最强的前N个节点，即为备用Leader节点。

步骤S002，将选举的备用Leader节点进行标识，标记为“备用节点”；

步骤S003，令“备用节点”集群为k，对“备用节点”进行递增顺序进行编号为0，1，2，…，…，令集群k的所有“备用节点”的数量为N；并将“备用节点”广播到整个节点集群的所有节点中。

步骤S004，将选择的“备用节点”强制同步log；通过这样的方式，在下一轮选主时，这些“备用节点”可以快速获得选主优势；从而加速选主流程。

在本发明中，在Leader选择出“备用节点”后，每次收到客户端的日志请求，除了在满足Raft本身共识要求外，还要额外同步满足k个备用节点的任期和log保持一致才能返回客户端成功。

步骤S005，当Leader发生宕机时，“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票。在该过程中，按照正常Raft算法进行选主，同时“备用节点”也参与选主，由于“备用节点”已经广播到整个集群，所以在节点选主投票的时候，各个节点检查节点是否满足Leader的条件，而“备用节点”因为日志和任期最新大概率满足条件，各个节点可以按照节点编号顺序由小到大作为优先级进行投票，这样保证投票的偏向性，用于快速选出Leader来，加速选主流程，从而解决传统的Leader宕机时选主时间过长的问题。

而如果其他的节点发生宕机，如Raft非共识非备用节点宕机和“备用节点”发生宕机。

当Raft非共识非备用节点宕机时，按照Raft本身算法进行处理，即重启后发起重新选主或者同步日志；

当“备用节点”发生宕机，在再次重启时，按照Raft非共识节点进行处理，Leader对集群k内的“备用节点”的数量进行检测，当“备用节点”的数量小于N时，Leader选择一个备用Leader节点，直至集群k的所有“备用节点”的数量为恢复为N，Leader选择该备用Leader节点的方式如下：

对节点集群中每一个节点强制同步log，Leader评估节点集群中的每一个节点强制同步log的时间T；

分别记录每一个节点强制同步log的时间T为t1，t2，t3，…，…；

按照时间T从小到达对节点进行递增顺序进行编号为0，1，2，…，…；

选择编号最靠前的一个节点为备用Leader节点，并广播到整个节点集群，该选择方式与上述步骤a、步骤b、步骤c、步骤d形式相同，但该选择方式只需要选择出一个在通信延迟和处理速度能力最强的备用Leader节点即可。

在Leader选择出在通信延迟和处理速度能力最强的一个备用Leader节点后，将该备用节点标识为“备用节点”，并将该“备用节点”加入集群k并进行编号，Leader再次对集群k内的“备用节点”的数量进行检测，若“备用节点”的数量仍然处于小于N的状态，则再次执行上述步骤，再次从节点集群中选取一个在通信延迟和处理速度能力最强的备用Leader节点，直至Leader检测到集群k内的所有“备用节点”的数量为恢复为N，即可停止该步骤。

当然，本发明中Leader对集群k内的“备用节点”的数量进行检测后，可以直接对比“备用节点”的数量与N的差值，例如，当Leader检测到集群k内的“备用节点”的数量为M时，则判定需要补充的“备用节点”数量为（N-M），则从节点集群中选取（N-M）个在通信延迟和处理速度能力最强的备用Leader节点即可。

该选取的步骤与步骤S001中的节点集群中的节点在通信延迟和处理速度能力方面的评估方式以及选择备用Leader节点的步骤相同。

本发明通过标识“备用节点”，Raft Leader有非常确定的备用节点，可以加速选主流程，在投票期间的随机等待时间大幅度的降低原始论文的150ms延迟，甚至降低至0ms，这样加速投票流程，并且在Leader有不稳定情况下，比如发生过宕机，恢复后可以自行将自己节点编号增加N。降低在下轮选主中的偏向性。

综上所述，与现有技术相比，本发明通过在Raft集群每次完成Leader选举后，选择若干个最合适的备用Leader节点，在Leader对外提供服务后，在内部选择一个节点或者几个节点出来作为备用节点，并将之标识为“备用节点”，在正常对外提供服务时，将任期和Log和这几个“备用节点”强制同步，这样在下一轮选主时，这些“备用节点”可以快速获得选主优势，从而解决传统的Leader宕机时选主时间过长的问题，并且Raft Leader有非常确定的备用节点，可以加速选主流程；并且本发明通过将“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票，选主偏向性和自调整性可以降低由于Leader自身硬件原因造成的不稳定因素而反复选主；而且本发明通过Leader评估集群中节点情况，对各个节点的通信延迟和处理速度进行检测，选出的备用节点一般是集群内强节点，减少了集群的不稳定性。

尽管为使解释简单化将上述方法并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中和描述或本文中未和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。 本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。 结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。 结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。 在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S001，在完成Leader选举后，Leader采用以下步骤评估节点集群中每一个节点情况并选择若干备用Leader节点：步骤a.Leader评估节点集群中的每一个节点强制同步log的时间值；步骤b.分别单独记录每一个节点强制同步log的时间值；步骤c.按照各个节点强制同步log的时间值从小到大对节点进行递增顺序进行编号；步骤d.选择编号靠前的若干个节点为备用Leader节点；

步骤S002，将选举的备用Leader节点进行标识，标记为“备用节点”；

步骤S003，令若干个“备用节点”集群为“备用节点集群”，并对“备用节点集群”中的“备用节点”以递增顺序依次进行编号；

步骤S004，将选择的“备用节点”强制同步log；

步骤S005，当Leader发生宕机时，“备用节点”按照编号顺序由小到大作为优先级进行投票。

2.根据权利要求1所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，在步骤S003中，“备用节点”广播到整个集群的所有节点中。

3.根据权利要求1所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，所述“备用节点”发生宕机再重启时，按照步骤a、步骤b、步骤c、步骤d重新选择一个“备用节点”，并广播到整个节点集群。

4.根据权利要求3所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，所述“备用节点”发生宕机的数量与重新选择的“备用节点”数量相同，“备用节点集群”的所有“备用节点”的数量为保持不变。

5.根据权利要求4所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，Leader对“备用节点集群”内的“备用节点”的数量进行检测，当“备用节点”的数量减少时，Leader按照步骤a、步骤b、步骤c、步骤d重新选择备用Leader节点，直至“备用节点集群”的所有“备用节点”的数量为恢复为原本数量。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，在Raft非共识非备用节点宕机时，按照Raft本身算法进行重新选主或者同步日志。

7.根据权利要求6所述的一种基于Raft的热备多主方法，其特征在于，Leader选择出“备用节点”后，同步满足若干个备用节点的任期和log保持一致。