03.分布式一致性协议——paxos算法
paxos目的
Paxos算法是基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法，是目前公认的解决分布式一致性问题最有效的算法之一，其解决的问题就是在分布式系统中如何就某个值（决议）达成一致。
Paxos算法的前提假设是不存在拜占庭将军问题，即： 信道是安全的（信道可靠），发出的信号不会被篡改，因为Paxos算法是基于消息传递的。：如下图所示
paxos算法角色划分：三种类型
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提议者（Proposer）：提出提案；
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接受者（Acceptor）：对提案作出裁决；
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告知者（Learner）：被告知投票的结果，不参与投票过程。
提案（Proposal）。最终要达成一致的value就在提案里。只要Proposer发的提案被Acceptor接受（半数以上的Acceptor同意才行），Proposer就认为该提案里的value被选定了。Acceptor告诉Learner哪个value被选定，Learner就认为那个value被选定。只要Acceptor接受了某个提案，Acceptor就任务该提案里的value被选定了。
优势：为了避免单点问题：会有一个acceptor集合，proposer向该集合发送提案，acceptor集合中所有成员都有可能接受提案，并且只能批准一个提案，当有半数以上的成员同意，那么就同意批准该提案
paxos算法过程
- 阶段一（prepare阶段）：
(a) Proposer选择一个提案编号N，然后向半数以上的Acceptor发送编号为N的Prepare请求。Pareper（N）
(b) 如果一个Acceptor收到一个编号为N的Prepare请求，如果小于它已经响应过的请求，则拒绝，不回应或回复error。若N大于该Acceptor已经响应过的所有Prepare请求的编号（maxN），那么它就会将它已经接受过（已经经过第二阶段accept的提案）的编号最大的提案（如果有的话，如果还没有的accept提案的话返回{pok，null，null}）作为响应反馈给Proposer，同时该Acceptor承诺不再接受任何编号小于N的提案
- 阶段二（accept阶段）：
(a) 如果一个Proposer收到半数以上Acceptor对其发出的编号为N的Prepare请求的响应，那么它就会发送一个针对[N,V]提案的Accept请求给半数以上的Acceptor。注意：V就是收到的响应中编号最大的提案的value（某个acceptor响应的它已经通过的{acceptN，acceptV}），如果响应中不包含任何提案，那么V就由Proposer自己决定。
(b) 如果Acceptor收到一个针对编号为N的提案的Accept请求，只要该Acceptor没有对编号大于N的Prepare请求做出过响应，它就接受该提案。如果N小于Acceptor以及响应的prepare请求，则拒绝，不回应或回复error（当proposer没有收到过半的回应，那么他会重新进入第一阶段，递增提案号，重新提出prepare请求）。
paxos优缺点
优点：paxos算法的优点很明显，按照此方法可以对多个数据值达到一致，收敛较好。
缺点：paxos算法的缺点是会出现活锁问题：考虑到一种极端的情况下，有两个proposer依次提出了一系列编号递增的议案，但是最终paxos无法形成最终的议案。具体场景如下：
解决办法：
通过选取主Proposer，就可以保证Paxos算法的活性。选择一个主Proposer，并规定只有主Proposer才能提出议案。这样一来，只要主Proposer和过半的Acceptor能够正常进行网络通信，那么肯定会有一个提案被批准（第二阶段的accept），则可以解决死循环导致的活锁问题。
总结：
通过选择一个主Proposer，并规定只能由主Proposer才能提出议案，整个paxos算法就可以保持活性。
Paxos算法的过半依据
在Paxos算法中，采用了“过半”理念，也就是少数服从多数，这使Paxos算法具有很好的容错性
Paxos基于的过半数学原理
大多数（过半）进程组成的集合为法定集合， 两个法定（过半）集合必然存在非空交集，即至少有一个公共进程，称为法定集合性质。 例如A,B,C,D,F进程组成的全集，法定集合Q1包括进程A,B,C，Q2包括进程B,C,D，那么Q1和Q2的交集必然不在空，C就是Q1，Q2的公共进程。如果要说Paxos最根本的原理是什么，那么就是这个简单性质。也就是说：两个过半的集合必然存在交集，也就是肯定是相等的，也就是肯定达成了一致。
Paxos是基于消息传递的具有高度容错性的分布式一致性算法。Paxos算法引入了过半的概念，解决了2PC，3PC的太过保守的缺点，且使算法具有了很好的容错性，另外Paxos算法支持分布式节点角色之间的轮换，这极大避免了分布式单点的出现，因此Paxos算法既解决了无限等待问题，也解决了脑裂问题，是目前来说最优秀的分布式一致性算法。其中，Zookeeper的ZAB算法和Raft一致性算法都是基于Paxos的
参考文档：
