Raft协议是分布式系统中的一种一致性算法，用于确保多个节点之间的数据一致性。它是一种比较简单易懂的算法，相较于其他算法如Paxos，更易于实现和维护。本文将介绍Raft协议的基本原理和核心机制。
Raft协议主要由Leader节点和Follower节点组成。Leader节点负责数据的修改和分配，Follower节点则负责接受并处理Leader节点发送过来的请求。每个节点都有一个定时器，超时会重新发起选举，重新选举出一个新的Leader节点。
在Raft协议中，每个节点都可以处于以下三种状态之一：
- Leader-领导者：负责处理客户端请求并将结果返回给客户端。Leader还负责向其他节点发送心跳包，以确保集群中的所有节点都正常工作。
- Follower-跟随者：接受来自Leader节点的指令，并将结果返回给Leader节点。
- Candidate-候选者：一旦节点检测到当前集群中没有Leader节点，它将进入Candidate状态并尝试选举自己作为新的Leader节点。
Raft协议的核心机制：
一. Leader选举机制，该机制的具体流程如下：
- 当一个Follower节点在一段时间内没有收到来自Leader节点的心跳包时，它会发起选举，成为一个Candidate节点。
- Candidate节点向集群中的其他节点发送RequestVote请求，要求其给自己投票。投票要求节点不能同时投票给多个Candidate节点。
- 如果Candidate节点收到了集群中超过半数以上的投票，则成为新的Leader节点。
- 如果在选举过程中，某个节点接受到了来自Leader节点的心跳包，则它会放弃选举，并重新变成Follower节点。
在Leader节点选举出来之后，它会负责处理客户端的请求。Leader节点通过发送心跳包来确保其他节点正常工作。如果某个Follower节点长时间未能接受到来自Leader节点的心跳包，则会重新发起选举。
二. 日志复制机制
Raft算法中，每个节点都维护一个日志，它记录了节点的操作历史。Leader维护的日志是完整的，而Leader节点的日志可能不完整，因为它们可能丢失了一些日志条目。
Raft的日志复制机制分为两个阶段：Leader复制日志和Follower确认，确保了在Leader崩溃时，系统能够顺利地选择新的Leader，并保持状态一致性。
- Leader复制日志：Leader负责接收客户端的请求，并将请求添加到自己的日志中。一旦Leader成功将日志条目添加到自己的日志中，它就会将该条目发送给所有的Follower节点。为了确保每个节点都具有相同的日志，Leader必须等待大多数Follower节点确认接收该日志条目。
- Follower确认：Follower在接收到Leader发送的日志条目后，将其添加到自己的日志中，并向Leader发送确认消息，以指示它已经成功接收到该日志条目。Leader只有在收到大多数Follower的确认消息后，才能提交（commit）该日志条目。这样确保了所有节点都具有相同的日志，并且可以在日志条目被提交之前保持一致性。
如果Leader崩溃了，系统会选择一个新的Leader，并开始一个新的任期（term）。在新的term中，新的Leader会将其日志条目复制到Follower中。如果Follower日志中有缺失的条目，新的Leader将在下一个空闲时间段内发送缺失的日志条目，以确保所有节点具有相同的日志。
三。状态机的安全性
上述机制还不能保证每个节点的状态机会严格按照相同的顺序 apply 日志。想象以下场景：
- Leader 将一些日志复制到了大多数节点上，进行 commit 后发生了宕机。
- 某个 follower 并没有被复制到这些日志，但它参与选举并当选了下一任 leader。
- 新的 leader 又同步并 commit 了一些日志，这些日志覆盖掉了其它节点上的上一任 committed 日志。
- 各个节点的状态机可能 apply 了不同的日志序列，出现了不一致的情况。
因此我们需要对“选主+日志复制”这套机制加上一些额外的限制，来保证状态机的安全性：
- 对选举的限制
每个 candidate 必须在 RequestVote 中携带自己本地日志的最新 (term, index)，如果 follower 发现这个 candidate 的日志还没有自己的新，则拒绝投票给该 candidate。
Candidate 想要赢得选举成为 leader，必须得到集群大多数节点的投票，那么它的日志就一定至少不落后于大多数节点。又因为一条日志只有复制到了大多数节点才能被 commit，因此能赢得选举的 candidate 一定拥有所有 committed 日志。
- 对日志提交的限制 --leader 只允许 commit 包含当前 term 的日志。
这两个小限制，它们对确保状态机的安全性起到了至关重要的作用。
总结：
