分布式系统原理-为什么需要一个分布式共识算法

 分布式系统原理系列目录

• 分布式系统的麻烦
• 副本与一致性
• 为什么需要一个分布式共识算法
• 世界上只有一种共识算法，那就是Paxos
• CAP定理，说起来一句话，实际坑不少
• BASE，可用性高于强一致性
• 分布式事务方案那么多，到底该选哪一个

为什么很多分布式工具中都有个zk，换成关系型数据库可以吗？

大家经常看到各种分布式工具的架构图中都有个zookeeper(比如hdfs、Hbase、kafka)，然后它们的架构说明里都会说zk承担保存元数据和协调工作。这里的协调工作中的一个核心任务就是指选举(就是在主从架构里，通过它选择Master，master挂了就再选一个，保证高可用)，那问题来了，如果把zk换成关系数据库可不可以？比如要选举时大家都往数据库插入一条数据,谁成功谁当leader

咋一看好像可以是不是，问题是关系型数据库一般都是主从架构的，主节点挂了怎么办？或者说它自己的可用性如何保证？你可能会说重新选主啊，问题是怎么选主呢

关系型数据库的可用性如何保证？依赖于中介节点，比如zk

我们看下面这张图，这是tdsql(基于mysql)的架构图，你看它里面也有个zk，它就是依赖于zk保证高可用的

不过tdsql的主从不是直接通过zk选的，是间接依赖的，主从切换过程我大概说下：

每台mysql节点上都有一个agent进程，agent会定时向这个schduler上报mysql的状态，如果schduler发现matser的状态有问题，就会把这个主节点降级成Slave。此时整个集群里面全是Slave，没有master。这个时候两个slave会通过agent把自己自己最新的binlog点上报给Scheduler，谁的数据更新，Scheduler就会把它提升为master。这个过程是不依赖于zk的，但是这里有个套娃问题就是主从mysql依赖于scheduler保证可用性，那Scheduler的可用性谁来保证呢？答案就是zk

为什么zk可以自己保证自己的可用性？分布式共识算法

那zk有没有再去依赖一个三方的节点去保证自己的可用性呢？没有，它可以自己保证自己的可用性呢？为啥呢？因为他有共识算法，他可以通过共识算法自行选出leader，leader挂了再选一个，只要有半数节点活跃，他就一直可用。那共识算法是什么？好，我们把这个问题先放在这里

一群平等的人，如何完成决策？

现在考虑下现实生活场景，世界最初的状态一定是大家都平等的，比如有个村里有一群人，平等的人，这个时候如果出现了一些关乎村子整体利益的事情，他们怎么做决策？一般来说有两种方案

• 一种是大家投票选出一个村长，让这个村长去做决策，村长跪了就重新选
• 还有一种是不选村长，每次来事都是大家投票决定

要想做决策，就只能是这两种方案，否则就没办法做决策，这个很好理解对吧。不可能说你不是村长，也不想参与投票，你就自己玩自己的，自己做决策，那大家都自行决策，到底谁说了算？

不管是大家投票选村长，还是不选村长每次都投票做决策，本质上都要解决一个问题，那就是多个平等的节点要就一个事情达成共识，投票选村长就是大家就选村长这个事情达成共识，那让多个节点达成共识的算法就叫做分布式共识算法

所以说我们一定需要一个分布式共识算法

这样论证不知道大家有没有理解哦，可以再看下上面tdSql架构图，论点是如果不依赖于zk或者说zk底层的共识算法，tdSql就没办法保证可用性。因为matser挂了的时候，想要重新选master只有两个办法，一个就是从节点自己投票选，这个过程其实就是达成共识的过程，也是需要共识算法实现的。还有一种就是现在这样，依赖于一个中介节点(zk)去选举，那就引出一个套娃问题，zk自己的可用性又如何保证，还是需要一个共识算法

好，有了共识算法，zk就能自己保证自己的可用性，因为他可以让多个节点就选leader这个事情达成共识，之后就让这个Leader去提供写服务，如果leader挂了，就再发起一轮选举

我们这里只说了zk的共识算法，其实zk还提供了一些其他的有用的功能，像存储数据这个不用多说了，它本身就是个存储系统，再比如分布式锁、数据发布订阅(比如有些公司就用zk来实现配置中心，配置中心就有个功能是配置变更后回调应用程序)，心跳检测(他可以帮你检测节点是否活跃，省了自己各个节点间互相通过心跳包去探测，耦合度比较高，而且还不一定可靠)

这些功能都非常好用，但其底层大多都是由共识算法支撑的，共识算法是核心中的核心，接下来我们就具体看看共识算法