分布式一致性算法raft

分布式一致性算法raft：深入理解分布式系统的基石

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什么是分布式一致性算法raft？

在分布式系统中，raft算法通过简洁的机制解决了最核心的共识问题。相比复杂的Paxos，raft算法通过分解为Leader选举、日志复制和安全性三大模块，大幅降低了理解和实现难度。当面试官问起“如何保证多节点数据一致性”，分布式一致性算法raft绝对是高频考点！

raft算法的三大核心机制

✅ Leader选举

所有节点初始为Follower。若超时未收到Leader心跳，则发起选举：

自增任期号（Term）
切换为Candidate状态并发起投票请求
获得多数派节点同意即成为Leader

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📌 高频面试点：为什么需要多数派投票？
答：防止脑裂（Split Brain）。想象一个5节点集群分区成3+2两组，只有3节点组能达成多数派（2<3），保证集群唯一活性。

✅ 日志复制

Leader通过两阶段实现数据同步：

AppendEntries RPC：将日志条目推送给Followers
Commit确认：当日志复制到多数节点后标记为已提交

graph LR
    A[Client] --> B[Leader]
    B --> C[Follower1]
    B --> D[Follower2]
    B -->|多数确认| E[Commit Log]

💡 面试技巧：被问到“如何保证日志一致性”时，重点强调Leader强一致性模型——所有写请求必须经过Leader，避免数据冲突。

✅ 安全性约束

raft算法通过五大规则规避数据异常：

Election Safety：一个任期内仅有一个Leader
Leader Append-Only：Leader永不覆盖日志
Log Matching：已提交日志在所有节点一致
Leader Completeness：新Leader包含所有已提交日志
State Machine Safety：相同索引位置的日志内容一致

为什么分布式系统需要raft算法？

当面试官抛出“Zookeeper/Kafka/Etcd如何保证一致性”这类问题时，本质上都在考察你对分布式一致性算法raft的理解。典型应用场景包括：

服务发现集群（如Consul）
配置中心（如Etcd）
分布式数据库（如TiDB）

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面试实战技巧

1️⃣ 必考题对比：
面试官常要求对比Raft vs Paxos，可从三个维度回答：

可理解性：Raft通过状态分解更易实现
性能：Raft在Leader稳定时吞吐量更高
工程落地：Etcd/Consul等主流框架均采用Raft

2️⃣ 故障场景应答：
若被问“Leader宕机如何处理”，按流程说明：

Followers触发选举超时（150-300ms随机）
新Leader产生后延续旧Leader日志
客户端请求自动重定向到新Leader

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网络分区下的数据一致性保障
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