基于Quorum机制的强一致性存储方案

在线上生成环境用一台服务器提供数据服务时，我们会担心这台服务器停机，造成服务不可用或数据丢失，通常我们对数据进行冗余存储，保障数据服务的高可用性。

 

但加入更多的机器，会带来数据一致性的问题，下面我们来了解一个基于Quorum机制的强一致性存储方案。

 

三机Quorum机制

Quorum即多数派原则，与投票选举的方式类似，被多数同意的一项操作即可获得通过。

 

本文讨论基于三机的Quorum机制，我们称这三台机为A机、B机、C机。其中A、B机用于数据存储，称为数据机。当写请求落到A机时，是否能真正写入数据，至少需要获得B机或C机一方的认可；当请求同时落到A、B机，这时需要第三方仲裁，这就是C机的作用。

 

读写操作需要在最新的一份数据上进行，为标识哪一台数据机上的数据为最新，我们引入版本号，每一条数据记录，不单存储数据本身，同时存储本机和另一台数据机的相应版本信息：

当各机上的verA = verB时，认为各机数据一致并且都是最新数据；当verA > verB时，则认为A机上的数据最新。实际应用中通过提议、协商、同步和广播四个过程维护数据与版本信息，以数据写入A机为例，我们来看具体的写入过程。

 

提议与协商

对key写请求落到A机，将经历以下流程：

1. 首先A检查key对应的版本号，当满足verA >= verB时，数据写入A机的请求获得自己的通过，并向B机、C机发送请求询问是否可以进行写入（提议）
2. B机（C机）检查本地key对应的版本号，也满足verA >= verB时，告知A机可进行写入（协商）
3. A机获得B机或C机一方通过，即可进行数据写入，同时提升各机key相应的版本号verA

 

经过以上步骤，A机上key相应的数据B机上的不一致，并且各机上verA > verB。进一步地，我们通过同步与广播更新B机、C机信息。

 

同步与广播

A机数据更新后，将对B机同步数据；B机完成数据更新后会提升本机版本号，还会将该变动同步给A机、C机，具体过程如下：

1. B检查本地key对应的版本号，当满足verA > verB时，允许同步数据写入本地、提升verB；当verA = verB时，交由C机仲裁，C.verA > C.verB时，同样允许数据写入本地、提升verB，否则返回错误（同步）
2. 更新成功后，B广播自己的版本号，A.verB、C.verB都将得到提升，之后三机恢复平衡状态（广播）

同步与广播用图示表示如下：

 

读流程

三机Quorum下读流程较写流程简单，但也有一个问询过程，具体如下：

1. 读请求落到A机时，如果A.verA < B.verB，则返回错误
2. 如果A.verA >= B.verB，还需要询问B、C机，是否同意verA为最新，为最新则返回数据

 

小结

三机Quorum提供了两数据机存储冗余的实现方案，一次写操作后，读将获取到最新数据，因而它符合强一致性。Quorum机制也可以进行扩展，例如3数据机+5版本机，以满足更多份数据冗余存储需求。