CN116016163A - 领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信和区块链技术领域，提供了一种领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质，所述方法包括：在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳；当所述Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳；各所述Candidate将所述投票时间戳和所述收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算；基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间确定Leader节点。采用本方法能够提高共识效率。

Description

领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本发明属于通信和区块链技术领域，尤其涉及一种领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着互联网技术的发展和网络数据的海量增长，利用单一设备处理海量数据为用户提供相应服务对各服务商来说已不堪负重，因此现有大多通过部署包括多个处理设备的分布式系统进行协同处理来以此提高效率。Raft算法是一种分布式算法，主要解决分布式中的一致性问题。

然而，传统的Raft算法主要是通过Candidate(候选)节点拉票的方式进行Leader(领导)节点选举，从而在网络延迟、网络隔离等真实环境下很容易出现选票相同或者选票过于分散的情况，导致无法有效地选举Leader节点，使共识效率低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高共识效率的领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质。

本发明提供一种领导节点选举方法，包括：

在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳；

当所述Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳；

各所述Candidate将所述投票时间戳和所述收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算；

基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间确定Leader节点

在其中一个实施例中，所述在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳，包括：

在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，当其他节点接收到所述拉票请求当前未进行投票，则向当前所述投票请求对应的Candidate节点进行投票。

在其中一个实施例中，所述投票决策时间的计算方包括：将所述收票时间戳与所述投票时间戳的差值作为投票决策时间。

在其中一个实施例中，所述基于所述赞成票的数量和所述决策时间确定Leader节点，包括：

当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点唯一时，将所述赞成票数量最高的所述Candidate节点确定为Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点；

当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点不唯一时，根据所述投票决策时间从所述赞成票数量最高的各所述Candidate节点中确定Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点。

在其中一个实施例中，当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点不唯一时，将所述投票决策时间最短的Candidate节点确定为所述Leader节点。

在其中一个实施例中，所述各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求之前还包括代理Leader节点选举，包括：

各Candidate节点分别向其他节点发起代理节点拉票请求，由其他节点基于所述代理节点拉票请求进行投票，根据票数从所述Candidate节点中确定代理Leader节点。

在其中一个实施例中，所述基于所述赞成票的数量和所述决策时间确定Leader节点之后，还包括：

基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间，从剩余的所述Candidate节点中确定备选代理Leader节点；

当所述Leader节点和所述代理Leader节点均宕机时，将所述备选代理Leader节点升级为代理Leader节点进行Leader节点选举；

当所述Leader节点、所述代理Leader节点和所述备选代理Leader均宕机时，返回代理Leader节点选举的步骤，重新选举代理Leader节点和Leader节点选举。

一种领导节点选举装置，包括：

投票模块，用于在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳；

收票记录模块，用于当所述Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳；

决策计算模块，用于各所述Candidate将所述投票时间戳和所述收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算；

确定模块，用于基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间确定Leader节点。

本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储由计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的领导节点选举方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的领导节点选举方法的步骤。

上述领导节点选举方法、装置、计算机设备和存储介质，采用时间戳技术，通过计算Candidate节点的每个赞成票的决策时间，避免因平票或选票过于分散导致进行的下一轮拉票，从而降低了Leader选举流程中的通信次数，提高共识效率。同时，设计代理Leader节点，在Leader节点发生宕机时执行各自的权力，领导所有节点有序地进行选举，从而保证共识的可靠性，进一步提高共识效率。

附图说明

图1为一个实施例中领导节点选举方法的流程示意图。

图2为一个实施例中领导节点选举装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种领导节点选举方法，包括以下步骤：

步骤S101，在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳。

其中，Candidate(候选)节点是能够升级为Leader节点的候选人，候选人向其他节点发送请求投票(Request Vote)RPC(Remote Procedure Call，远程调用协议)消息，通知其他节点来投票。其他节点则是指除当前Candidate节点意外的其他节点。领导节点拉票请求是指进行Leader选举时发出的拉票请求。投票时间戳是节点进行投票的时间点。

具体的，在初始状态下，区块链网络内的所有节点都是Follower节点，当Follower节点在超时时间内没有收到Leader节点发来的心跳消息，则升级为Candidate节点且任期加一。而由于网络延迟等原因，在Leader节点选举流程中通常会出现多个Candidate节点。因此，各Candidate节点分别向其他节点拉票，即向其他节点发起领导节点拉票请求。每个节点只能投一票，Candidate节点默认给自己投票。然后当其他节点向Candidate节点投票的同时发送投出赞成票的投票时间戳t1。

在一个实施例中，步骤S101包括：在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，当其他节点接收到拉票请求当前未进行投票，则向当前投票请求对应的Candidate节点进行投票。

具体的，其他节点收到Candidate节点的拉票消息之后，如果该节点当前还没有进行投票，则将选票投给该Candidate节点。可以理解为，Candidate节点的选票默认投给自己，而其他的Follower节点则将选票优先投给最先拉票的Candidate节点。

步骤S102，当Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳。

具体的，Candidate节点收到其他节点发送来的赞成票以及投票时间戳t1之后，记录当前时间戳得到收票时间戳t2。即，收票时间戳t2是Candidate节点收到赞成票的时间点。

步骤S103，各Candidate将投票时间戳和收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算。

其中，代理Leader节点在Leader节点选举之前选举完毕，在集群正常工作时，其状态与Follower节点无异。只有Candidate节点在拉票阶段选票出现平票或票数过于分散时才会基于决策时间发挥作用。投票决策时间是指从Follower节点发起赞成票到Candidate节点接收到赞成票的时延。

具体的，当Candidate节点收到投票时间戳t1和记录到收票时间戳t2之后，将投票时间戳t1和收票时间戳t2发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算。

在一个实施例中，投票决策时间t3可以是投票时间戳t1和收票时间戳t2的差值，t3＝t2-t1。

步骤S104，基于赞成票的数量和投票决策时间确定Leader节点。

具体的，当完成拉票和投票之后，则基于各Candidate节点赞成票数量的多少，以及投票决策时间的快慢确定Leader节点，从而完成领导节点选举。选举出的Leader节点主要负责处理写请求、管理日志复制和不断地向Follower节点发送心跳信息。Follower节点主要接收和处理来自领导者的消息，当等待领导者心跳信息超时的时候，则升级为Candidate节点。

在一个实施例中，步骤S104包括：当赞成票数量最高的Candidate节点唯一时，将赞成票数量最高的Candidate节点确定为Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点；当赞成票数量最高的Candidate节点不唯一时，根据投票决策时间从赞成票数量最高的各Candidate节点中确定Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点。

具体的，投票完成之后，统计各Candidate节点所获得的赞成票，如果赞成票数量最高的Candidate节点只有一个，则直接将获取的最多选票的Candidate节点升级为Leader节点。如果出现平票或者选票过于分散无法确认胜负时，则进一步基于投票决策时间从赞成票数最高的Candidate节点中确定一个Candidate节点升级为Leader节点。而无论是哪种方式选出的Leader节点，最后剩余的各个Candidate节点均降级为Follower节点。

在一个实施例中，当赞成票数量最高的Candidate节点不唯一时，将投票决策时间最短的Candidate节点确定为Leader节点。

具体的，基于投票决策时间选取Leader节点时，可以选取投票时间最短的Candidate节点为Leader节点。另外，也可以通过对各个选票的投票决策时间使用加权随机的方式选取Leader节点。

在一个实施例中，步骤S101之前还包括代理节点选举的步骤，包括：各Candidate节点分别向其他节点发起代理节点拉票请求，由其他节点基于代理节点拉票请求进行投票，根据票数从Candidate节点中确定代理Leader节点。

具体的，在选举Leader节点之前，可以先从Candidate节点中选举出代理Leader节点，代理Leader节点的选举同样通过拉票进行，此时发出的拉票消息为代理节点拉票请求。当其他节点在接收到Candidate节点发送的代理节点拉票请求时，如果该节点还未进行投票，则将选票投给该请求对应的Candidate节点。代理Leader节点选举中各Candidate节点也是默认给自己投票。以及当其他节点收到多个Candidate节点发来的投票请求，率先给先收到投票请求的Candidate节点投票。在每轮的代理Leader选举阶段中，当节点已经投出选票时，也不能再次进行投票。然后，基于各个Candidate节点的票数确定代理Leader节点，比如票数最高的为代理Leader节点，并且向其他节点广播代理Leader节点已经生成。其他节点收到代理Leader节点的广播信息，返回一个确认信息。代理Leader节点收到其他节点发来的确认信息，同时确定集群中正常工作的节点个数。另外，代理Leader节点选举所剩余的Candidate节点可以与后续新增的Candidate节点一起向其他节点拉票进行Leader节点选举。

在一个实施例中，步骤S104之后，还包括：基于赞成票的数量和决策时间，从剩余的Candidate中确定备选代理Leader节点；当Leader节点和代理Leader节点均宕机时，将备选代理Leader节点升级为代理Leader节点进行Leader节点选举；当Leader节点、代理Leader节点和备选代理Leader均宕机时，返回代理Leader节点选举的步骤，重新选举代理Leader节点和Leader节点选举。

具体的，完成Leader节点的选举之后，可以继续基于赞成票的数量和决策时间选举备选代理Leader节点并广播给其他节点。备选代理Leader节点的选举方式与Leader节点方式相同，比如确定投票决策时间第二短的节点作为备选代理Leader节点。备选代理Leader节点是代理Leader节点的备用节点，其与代理Leader节点相同，在共识正常工作时，与Follower节点无异，只有当代理Leader节点宕机时，才会执行各自的权力。

因此，当Leader节点宕机时，可以从步骤S101开始重新进行Leader节点选举。当Leader节点和代理Leader节点同时宕机时，备选代理Leader节点则升级成代理Leader节点，执行代理Leader节点的权力，同样从步骤S101开始进行Leader节点选举。而当Leader节点、代理Leader节点和备选代理Leader节点都同时宕机时，则要返回代理Leader节点选举的步骤开始进行Leader节点选举。即先选举出代理Leader节点，然后选举Leader节点。

上述领导节点选举方法，采用时间戳技术，通过计算Candidate节点的每个赞成票的决策时间，避免因平票或选票过于分散导致进行的下一轮拉票，从而降低了Leader选举流程中的通信次数，提高共识效率。同时，设计代理Leader节点，在Leader节点发生宕机时执行各自的权力，领导所有节点有序地进行选举，从而保证共识的可靠性，进一步提高共识效率。

在一个实施例中，如图2所示，提供一种领导节点选举装置，包括：

投票模块201，用于在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳。

收票记录模块202，用于当Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳。

决策计算模块203，用于各Candidate将投票时间戳和收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算。

确定模块204，用于基于赞成票的数量和投票决策时间确定Leader节点。

在一个实施例中，投票模块201还用于在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，当其他节点接收到拉票请求当前未进行投票，则向当前投票请求对应的Candidate节点进行投票。

在一个实施例中，决策计算模块203还用于将收票时间戳与投票时间戳的差值作为投票决策时间。

在一个实施例中，确定模块204还用于当赞成票数量最高的Candidate节点唯一时，将赞成票数量最高的Candidate节点确定为Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点；当赞成票数量最高的Candidate节点不唯一时，根据投票决策时间从赞成票数量最高的各Candidate节点中确定Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点。

在一个实施例中，确定模块204还用于当赞成票数量最高的Candidate节点不唯一时，将投票决策时间最短的Candidate节点确定为Leader节点。

在一个实施例中，投票模块201还用于代理Leader节点选举，包括：各Candidate节点分别向其他节点发起代理节点拉票请求，由其他节点基于代理节点拉票请求进行投票，根据票数从Candidate节点中确定代理Leader节点。

在一个实施例中，确定模块204还用于基于赞成票的数量和投票决策时间，从剩余的Candidate节点中确定备选代理Leader节点；当Leader节点和代理Leader节点均宕机时，将备选代理Leader节点升级为代理Leader节点进行Leader节点选举；当Leader节点、代理Leader节点和备选代理Leader均宕机时，返回代理Leader节点选举的步骤，重新选举代理Leader节点和Leader节点选举。

关于领导节点选举装置的具体限定可以参见上文中对于领导节点选举方法的限定，在此不再赘述。上述领导节点选举装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个领导节点选举方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。

在一个实施例中，提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，包括处理器，存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种领导节点选举方法。示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由处理器执行以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种领导节点选举方法，其特征在于，包括：

在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳；

当所述Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳；

各所述Candidate将所述投票时间戳和所述收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算；

基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间确定Leader节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳，包括：

在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起拉票请求，当其他节点接收到所述拉票请求当前未进行投票，则向当前所述投票请求对应的Candidate节点进行投票。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投票决策时间的计算方包括：将所述收票时间戳与所述投票时间戳的差值作为投票决策时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述赞成票的数量和所述决策时间确定Leader节点，包括：

当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点唯一时，将所述赞成票数量最高的所述Candidate节点确定为Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点；

当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点不唯一时，根据所述投票决策时间从所述赞成票数量最高的各所述Candidate节点中确定Leader节点，剩余的Candidate节点降级为Follower节点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述赞成票数量最高的所述Candidate节点不唯一时，将所述投票决策时间最短的Candidate节点确定为所述Leader节点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求之前还包括代理Leader节点选举，包括：

各Candidate节点分别向其他节点发起代理节点拉票请求，由其他节点基于所述代理节点拉票请求进行投票，根据票数从所述Candidate节点中确定代理Leader节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述赞成票的数量和所述决策时间确定Leader节点之后，还包括：

基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间，从剩余的所述Candidate节点中确定备选代理Leader节点；

当所述Leader节点和所述代理Leader节点均宕机时，将所述备选代理Leader节点升级为代理Leader节点进行Leader节点选举；

当所述Leader节点、所述代理Leader节点和所述备选代理Leader均宕机时，返回代理Leader节点选举的步骤，重新选举代理Leader节点和Leader节点选举。

8.一种领导节点选举装置，其特征在于，包括：

投票模块，用于在区块链网络中，各Candidate节点分别向其他节点发起领导节点拉票请求，由其他节点基于所述拉票请求进行投票且一并发送投票时间戳；

收票记录模块，用于当所述Candidate节点接收到赞成票和投票时间戳时，记录收票时间戳；

决策计算模块，用于各所述Candidate将所述投票时间戳和所述收票时间戳发送给代理Leader节点进行投票决策时间的计算；

确定模块，用于基于所述赞成票的数量和所述投票决策时间确定Leader节点。

9.一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任意一项所述的领导节点选举方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任意一项所述的领导节点选举方法。

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