分布式一致性协议

1. Gossip 协议

• Gossip 协议也叫 Epidemic 协议 （流行病协议）。原本用于分布式数据库中节点同步数据使用，
  后被广泛用于数据库复制、信息扩散、集群成员身份确认、故障探测等。
• 从 gossip 单词就可以看到，其中文意思是八卦、流言等意思，我们可以想象下绯闻的传播（或者流
  行病的传播）；gossip 协议的工作原理就类似于这个。gossip 协议利用一种随机的方式将信息传播到整
  个网络中，并在一定时间内使得系统内的所有节点数据一致。Gossip 其实是一种去中心化思路的分布式
  协议，解决状态在集群中的传播和状态一致性的保证两个问题。

1.1 Gossip原理

• Gossip 协议的消息传播方式有两种：反熵传播 和 谣言传播。

1. 反熵传播

是以固定的概率传播所有的数据。所有参与节点只有两种状态：Suspective(病原)、
Infective(感染)。过程是种子节点会把所有的数据都跟其他节点共享，以便消除节点之间数据的任
何不一致，它可以保证最终、完全的一致。缺点是消息数量非常庞大，且无限制；通常只用于新加
入节点的数据初始化。

2. 谣言传播

是以固定的概率仅传播新到达的数据。所有参与节点有三种状态：Suspective(病原)、
Infective(感染)、Removed(愈除)。过程是消息只包含最新 update，谣言消息在某个时间点之后会
被标记为 removed，并且不再被传播。缺点是系统有一定的概率会不一致，通常用于节点间数据
增量同步。

1.2 通信方式

Gossip 协议最终目的是将数据分发到网络中的每一个节点。根据不同的具体应用场景，网络中两个节
点之间存在三种通信方式：推送模式、拉取模式、推/拉模式。

1.2.1 Push

节点 A 将数据 (key,value,version) 及对应的版本号推送给 B 节点，B 节点更新 A 中比自己新的数
据

1.2.2 Pull

A 仅将数据 key, version 推送给 B，B 将本地比 A 新的数据（Key, value, version）推送给 A，A 更
新本地！

1.2.3 Push/Pull

与 Pull 类似，只是多了一步，A 再将本地比 B 新的数据推送给 B，B 则更新本地

优缺点

综上所述，我们可以得出 Gossip 是一种去中心化的分布式协议，数据通过节点像病毒一样逐个传
播。因为是指数级传播，整体传播速度非常快。

1. 优点

扩展性：允许节点的任意增加和减少，新增节点的状态 最终会与其他节点一致
容错：任意节点的宕机和重启都不会影响 Gossip 消息的传播，具有天然的分布式系统容错特
性

去中心化：无需中心节点，所有节点都是对等的，任意节点无需知道整个网络状况，只要网络
连通，任意节点可把消息散播到全网

最终一致性：Gossip 协议实现信息指数级的快速传播，因此在有新信息需要传播时，消息可
以快速地发送到全局节点，在有限的时间内能够做到所有节点都拥有最新的数据。

2. 缺点

消息延迟:节点随机向少数几个节点发送消息，消息最终是通过多个轮次的散播而到达全网；
不可避免的造成消息延迟。

消息冗余:节点定期随机选择周围节点发送消息，而收到消息的节点也会重复该步骤；不可避
免的引起同一节点消息多次接收，增加消息处理压力

Gossip 协议由于以上的优缺点，所以适合于 AP 场景的数据一致性处理，常见应用有：P2P 网络通信、
Redis Cluster、Consul。

Paxos协议

Paxos协议其实说的就是Paxos算法, 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。

Paxos由 莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)于1998年在《The Part-Time Parliament》论文中首次公
开，最初的描述使用希腊的一个小岛Paxos，描述了Paxos小岛中通过决议的流程，并以此命名这个算
法，但是这个描述理解起来比较有挑战性。后来在2001年，莱斯利·兰伯特重新发表了朴实的算法描述版
本《Paxos Made Simple》 自Paxos问世以来就持续垄断了分布式一致性算法，Paxos这个名词几乎等同于分布式一致性。

Google的很多大型分布式系统都采用了Paxos算法来解决分布式一致性问题，如Chubby、Megastore
以及Spanner等。开源的ZooKeeper，以及MySQL 5.7推出的用来取代传统的主从复制的MySQL Group
Replication等纷纷采用Paxos算法解决分布式一致性问题。然而，Paxos的最大特点就是难，不仅难以
理解，更难以实现。

Google Chubby的作者Mike Burrows说过这个世界上只有一种一致性算法，那就是Paxos，其它
的算法都是残次品。