etcd-raft源码分析3-leader选举

当server启动后，初始状态是follower，然后如果在集群中第一个触发选举超时，则变为candicate，然后向其他server发起投票，当收到过半数的赞成票后变为leader，开始每隔一个心跳时间向其他server发送心跳。启动流程如下：

leader选举.png

在server正常工作前，需要进行leader选举，server启动时为follower，在raftNode的一个routine中，会监听ticker.C这个通道的事件，这个通道对应一个定时器，每隔100ms触发一次，每次触发该100ms定时事件，raftNode会向node的n.tickc通道写入事件，这样相当于node有了一个每隔100ms触发一次的时钟信号，node在自己的一个routine中会根据该时钟信号判断是否达到了选举超时时间，到达选举超时时间后，会变为candicate状态，然后对集群中其他每个server(在peer中保存该server与其他server的关联数据)，构造选举请求消息，追加到raft算法模块的msgs中，而在node的一个routine中会监听r.msgs是否有消息要处理，有的话会将r.msgs封装成Ready写入到node的n.readyc通道，raftNode当监听到n.readyc通道有消息时会将消息写入到cw.msgc通道，streamWriter会把cw.msgc通道的消息发送到对应的server。
当对应peer的streamReader监听到p.recvc通道有事件并且事件为投票响应消息时会将消息写入到node的n.recvc通道，node根据投票响应结果统计投赞成票的server个数，如果超过半数则变为leader，开始向其他server发送心跳。

下面看下follower在收到选举请求时如何处理，在raft的Step方法中：

case pb.MsgVote, pb.MsgPreVote:
    // The m.Term > r.Term clause is for MsgPreVote. For MsgVote m.Term should
    // always equal r.Term.
    if (r.Vote == None || m.Term > r.Term || r.Vote == m.From) && r.raftLog.isUpToDate(m.Index, m.LogTerm) {
        r.logger.Infof("%x [logterm: %d, index: %d, vote: %x] cast %s for %x [logterm: %d, index: %d] at term %d",
            r.id, r.raftLog.lastTerm(), r.raftLog.lastIndex(), r.Vote, m.Type, m.From, m.LogTerm, m.Index, r.Term)
        r.send(pb.Message{To: m.From, Type: voteRespMsgType(m.Type)})
        if m.Type == pb.MsgVote {
            // Only record real votes.
            r.electionElapsed = 0
            r.Vote = m.From
        }
    } else {
        r.logger.Infof("%x [logterm: %d, index: %d, vote: %x] rejected %s from %x [logterm: %d, index: %d] at term %d",
            r.id, r.raftLog.lastTerm(), r.raftLog.lastIndex(), r.Vote, m.Type, m.From, m.LogTerm, m.Index, r.Term)
        r.send(pb.Message{To: m.From, Type: voteRespMsgType(m.Type), Reject: true})
    }

投票消息为pb.MsgVote，直接看投赞成票的条件r.raftLog.isUpToDate(m.Index, m.LogTerm)，方法如下：

func (l *raftLog) isUpToDate(lasti, term uint64) bool {
  return term > l.lastTerm() || (term == l.lastTerm() && lasti >= l.lastIndex())
}

m.Index为candicate的最新日志的索引位置，即参数中的lasti，m.LogTerm为candicate最新日志的任期号，即参数中的term。赞成条件为candicate的最新日志的任期号比follower的最新日志的任期号大term > l.lastTerm()，或者在双方最新日志任期号相同的情况下，candicate最新日志的索引位置要比follower的最新日志索引位置大，即比follower的日志更新 (term == l.lastTerm() && lasti >= l.lastIndex()。

下面看下candicate对于投票响应请求的处理，在raft的stepCandicate方法中：

case myVoteRespType:
    gr := r.poll(m.From, m.Type, !m.Reject)
    r.logger.Infof("%x [quorum:%d] has received %d %s votes and %d vote rejections", r.id, r.quorum(), gr, m.Type, len(r.votes)-gr)
    switch r.quorum() {
    case gr:
        if r.state == StatePreCandidate {
            r.campaign(campaignElection)
        } else {
            r.becomeLeader()
            r.bcastAppend()
        }
    case len(r.votes) - gr:
        r.becomeFollower(r.Term, None)
    }

关键语句在这一行gr := r.poll(m.From, m.Type, !m.Reject)，下面看下这个方法：

func (r *raft) poll(id uint64, t pb.MessageType, v bool) (granted int) {
  if v {
      r.logger.Infof("%x received %s from %x at term %d", r.id, t, id, r.Term)
  } else {
      r.logger.Infof("%x received %s rejection from %x at term %d", r.id, t, id, r.Term)
  }
  if _, ok := r.votes[id]; !ok {
      r.votes[id] = v
  }
  for _, vv := range r.votes {
      if vv {
          granted++
      }
  }
  return granted
}

m.From为投票响应请求来源follower的id，!m.Reject是该follower是否同意投票，首先设置follower的投票结果：

r.votes[id] = v

v就是!m.Reject，然后统计所有server的赞成票数：

for _, vv := range r.votes {
    if vv {
        granted++
    }
}

回到raft的stepCandicate方法，gr就是poll返回的赞成票数granted，当赞成票数达到r.quorum()，即过半数，如下：

func (r *raft) quorum() int { 
  return len(r.prs)/2 + 1 
}

当赞成票达到过半数时，成为leader，并向其他follower发送附加日志rpc。