共识算法【Paxos】

Preliminary

系统包括：

• Acceptor
• Proposer
• Learner

Proposer生成一项提议，发送给Acceptor，Acceptor如果接受该提议，那么系统所有成员达成共识（即：该提议生效），通过Learner获取共识的内容。

可能存在的问题：

• 如果有多个Acceptor，会出现多个Acceptor同时接受多个不同的提议的情况；
• 如果只有一个Acceptor，一旦Acceptor出现故障，那么系统将无法运作；

PS: 下文中的接收是指收到一个请求，接受是指 accept 一项提议。

算法流程：

第一阶段：

1. Proposer 生成一个系统下唯一的ID：;
2. Proposer 向大多数 Acceptor 发送prepare请求（附带 ），目的是需要得到 Acceptor 的如下承诺：
   • Acceptor 需要忽略掉 ID 小于 的请求
3. Acceptor 如果接收到上述请求，如果 Acceptor 接收过其他 Proposer 发送的prepare请求且对应的ID如果大于 ，那么忽略该请求（不给出承诺），否则回复上述请求。回复的内容包括：
   • 该 Acceptor 接受过的 ID 小于 且最接近 的 某一项提议（抽象为一个值 ）
   • 如果没有，则返回空

第二阶段：

1. Proposer 如果接收到大多数 Acceptor 的回复，Proposer 向大多数 Acceptor 发起 accept请求。请求的内容包括：
   • 这些回复的提议中 ID 最大的那项提议的值，如果没有则自拟一项提议
   • prepare请求中发送的
2. 当 Acceptor 接收到 accept 请求时，假设对应的提议ID为。如果该 Acceptor 做过不接受ID小于的提议的承诺，那么就忽略掉该请求，否则则接受这项提议。

第三阶段：Learner 收集所有 Acceptor 接受的提议，完成共识算法。

分析

1. 一旦系统达成共识，那么该共识就不会改变，比如：

   • Proposer 1 发送一项提议给大多数的 Acceptor，Proposer 1获得大多数 Acceptor 的回复后，拟定一项提议Proposal 1发送给 Acceptor达成共识；
   • Proposer 2 如果要发送另外一项提议给大多数 Acceptor，这些 Acceptor 中的部分已经接受了 Proposal 1，根据上述算法，Proposer 2 只能提出提议 Proposal 1给 Acceptor；

2. 存在不同的 Acceptor 接受不同的 Proposal，比如：

   • Proposer 1 发送一项提议Proposal 1给大多数的 Acceptor ，在一部分 Acceptor未接受这项提议时，另外一个 Proposer 2 发起了另一项提议Proposal 2 给这些 Acceptor；
   • 因为 Proposal 2 的ID要比 Proposal 1 的ID要大，因此这部分既收到了 Proposer 1 发送的 prepare 请求又收到了Proposer 2发送的prepare请求的 Acceptor 肯定只会接受 Proposal 2；
   • 这种情况只有在 Proposer 2 发送 prepare请求的 Acceptor都没有接受 Proposal 1时才成立 ；

3. 少数 Acceptor 出现故障，不会影响系统的正常运行；

4. 存在一个Acceptor接受多个提议的情况，此时这多个提议的值是一样的；