Raft算法系列教程3：日志复制

备注：Raft将分布式一致性分解为多个子问题：Leader选举（Leader election）、日志复制（Log replication）、安全性（Safety）、日志压缩（Log compaction）等。欢迎大家持续关注本系列内容！

备注：本系列内容专供网站核心社群成员学习使用。

1、日志复制的过程

Leader选出后，就开始接收客户端的请求。Leader把请求作为日志条目（Log entries）加入到它的日志中，然后并行的向其他服务器发起 AppendEntries RPC 复制日志条目。当这条日志被复制到大多数服务器上，Leader将这条日志应用到它的状态机并向客户端返回执行结果。

客户端的每一个请求都包含被复制状态机执行的指令。Leader把这个指令作为一条新的日志条目添加到日志中，然后并行发起 RPC 给其他的服务器，让它们复制这条信息。假如这条日志被安全的复制，Leader就应用这条日志到自己的状态机中，并返回给客户端。如果Follower宕机或者运行缓慢或者丢包，Leader会不断的重试，直到所有的Follower最终都复制了所有的日志条目。

2、日志的组成

日志由有序编号（log index）的日志条目组成。每个日志条目包含它被创建时的任期号（term）和用于状态机执行的命令。如果一个日志条目被复制到大多数服务器上，就被认为可以提交（commit）了。

上图显示，共有 8 条日志，提交了 7 条。提交的日志都将通过状态机持久化到磁盘中，防止宕机。

3、日志复制的详细介绍

当Leader接收到由客户端发送的请求(请求中包含可以被复制状态机执行的命令)时，Leader将会把该请求作为新的内容添加到日志中(任期号为当前Leader所处的任期号，索引号为当前Leader本地存储的日志集合中的日志的最高索引号加1)。

备注：Leader在当前任期内最多只能创建一个给定索引号的日志(即不可能在一个任期内创建两个以上的具有相同索引的日志条目)

然后将该日志通过AppendEntries RPC消息发送到网络中其他的服务器(以下简称Follower)，从而复制该日志。

在网络中Follower接收到该日志消息后则会返回复制成功的回复。

在Leader接收到网络中大部分的Follower的成功复制的回复之后，Leader便认为该日志可以被提交。此时Leader将会同时做三件事：

（1）将该日志应用到Leader本地的复制状态机
（2）向所有Follower发送消息通知所有接收到该日志的Follower将该日志进行提交，然后应用到各自本地的复制状态机
（3）将执行结果通知客户端

当该日志消息成功在网络中大部分Follower本地的复制状态机执行过后，则可认为该日志已被提交。在当前日志被提交的过程中，如果Leader先前的某些日志还没有被提交，则将会一同提交。

而网络中有些Follower可能由于网络状态原因反应缓慢或者崩溃，那么Leader将会无限次地尝试重复发送AppendEntries RPC消息到该Follower。直到成功为止。

4、日志的一致性检查

如上所述，Follower在接收到AppendEntries RPC消息后则会返回复制成功的回复。实际上在接收到消息后会首先进行日志的一致性检查(正常情况下Leader与Follower的日志会保持一致，所以一致性检查不会失败)，一致性检查内容如下：

在Leader创建AppendEntries RPC消息时，消息中将会包含当前日志之前日志条目的任期号与索引号。
Follower在接受到AppendEntries RPC消息后，将会检查之前日志的任期号与索引号是否匹配到。如果匹配到则说明和Leader之前的日志是保持一致的，否则，如果没有匹配则会拒绝AppendEntries RPC消息。

一致性检查是一个归纳的过程。正常情况下，网络中第一条日志一定满足日志的一致性检查，然后第二条日志中包含第一条日志的任期号与索引号，所以只要Leader与Follower的第一条日志保持一致，那么第二条日志也会满足一致性检查，从而之后的每一条日志都会满足一致性检查。

从而得出了日志匹配属性:

（1）如果两个不同的日志实体具有相同的索引和任期号，那么它们存储有相同的命令。
（2）如果两个不同的日志实体具有相同的索引和任期号，则所有先前条目中的日志都相同。(由一致性检查结果得出)