RAFT代码设计

根据RAFT论文，准备自己写一个RAFT包（两手准备，有别人开源的就好了QAQ）（论文地址 https://github.com/maemual/raft-zh_cn/blob/master/raft-zh_cn.md）

根据论文里的内容做了接口和实体类初步设计（可能有问题，我也不知道）

一、功能

1.选举

发起预选

预选请求处理

预选响应处理

发起选举

选举请求处理

选举响应处理

2.日志复制/心跳

日志推送（心跳）

日志接收（心跳）处理

    3.扩容

扩容

减容

二、设计

        tcp传输层使用netty         对其他节点，每个节点两个链接池，一个用来发选举信息，一个用来发日志和心跳（多连接）

        收到的信息反序列化后写入对应的disruptor队列处理         每个节点有一个核心线程，一个核心线程池，线程用来处理选举，线程池用来处理日志和心跳相关操作

1.Node类（物理节点）

NodeChannelManage（连接管理）

RAFT实例数组

定时任务线程

接口1：推送心跳

遍历当前节点所有实例（非leader不发）

实例状态形成心跳

心跳推送其他节点

设置下一次心跳定时任务

接口2：写入日志

找到对应raft实例提交

2.NodeChannelManage类（连接管理）

选举连接 日志连接池(一个实例哈希到一个连接，保证单实例有序)

接口1.推送实例的心跳（心跳视为0size的日志推送）

从日志连接池推送

接口2.推送实例的日志

从日志连接池推送

接口3.推送实例的预选请求

从选举连接推送

接口4.推送实例的选举请求

从选举连接推送

接口5.推送实例的预投票请求

从选举连接推送

接口6.推送实例的投票请求

从选举连接推送

3.raft实例：

基本参数： coreId（实例编号） nodeId（节点编号） 状态： state（实例状态：leader，follower，candidate，learner） term（任期，第一次初始化为0） votedFor（当前任期投票对象） leaderNodeId（领导者节点编号） LogMap（日志，logIndex->Log 采用内存+RocksDB,RocksDB每个coreId独立建表，日志索引从1开始） maxLogIndex（已保存最大日志序号，等于logMap中最大的Index，无需落地） 易失性状态： committedIndex（已知已提交的最高的日志条目的索引（初始值为0，单调递增）） lastApplied（已经被应用到状态机的最高的日志条目的索引（初始值为0，单调递增）） leaderHeartbeatTime（领导者节点最后一次发送心跳的时间，领导者自己无需维护） 领导人专属易失性状态： nextIndex[] 对于每一台服务器，发送到该服务器的下一个日志条目的索引（初始值为领导人最后的日志条目的索引+1） matchIndex[] 对于每一台服务器，已知的已经复制到该服务器的最高日志条目的索引（初始值为0，单调递增） heartbeatTime[] 对于每一台服务器，最后一次心跳响应的时间戳 lastVoteTime 最后一次投票时间戳（包括预投票） 选举线程（状态检查，leader心跳回调处理） 日志线程（接收日志，心跳的处理） 日志推送线程（leader专用，其他节点用不到） 日志apply线程

初始化

            term=Index最大的日志的term

            maxLogInde=日志最大Index

            state=跟随者

            设置状态检查定时任务（随机延迟1~2倍）

接口1.写入日志 submit

if 不是领导 return 提交日志推送线程

接口2.接收日志/心跳 appendEntries

日志提交 日志线程 if（日志的任期小于本节点任期）return 更新leaderHeartbeatTime if（本节点状态为候选人） 调用投票结果处理（失败） if（日志的 prevLogIndex 且 prevLogTerm在本实例找不到一个日志能匹配上）推送失败响应并返回 if（日志的Index在本实例存在，且term不一致）删除index以及之后的所有日志 追加未保存日志 if 已提交日志Index大于本节点已提交日志Index： 更新本实例committedIndex=min（日志最大序号，新日志的committedIndex更新） 更新lastApplied+1 循环到本实例committedIndex lastApplied日志提交日志apply线程对状态机进行apply 推送成功并返回

接口3.接收日志/心跳的回调 onAppendEntries（发起者的回调）（term，succeed，logIndex（若succeed为false使用））

（在选举线程里） term小于本实例term直接丢弃（可能是之前任期的leader的回调，不应理会） 更新heartbeatTime[] if 失败： nextIndex[]中 该接收者的nextIndex--（需要优化的话让跟随者返回可能正常的logIndex（跟随者冲突条目的term的相同日志全部越过，返回小于冲突条目term的最大logIndex，这里直接赋值））； 对该节点推送日志（一条） if 成功： nextIndex[]中 该接收者的nextIndex=请求prevLogIndex+请求日志size+1 matchIndex[]中 该接收者的nextIndex=请求prevLogIndex+请求日志size if(matchIndex[]中 第N/2+1大的数字>当前committedIndex) committedIndex=matchIndex[]中 第N/2+1大的数字 对所有节点发起心跳 if（nextIndex[]中 该接收者的nextIndex<=当前日志序号） 对该节点推送新日志（记得用批大小控制每次发送数量，记得和matchIndex比对，不要发送太多在途日志）

接口4.定时检查状态

（在选举线程里） switch 本实例状态： 是领导：检查心跳时间戳是否有过半超时，若过半超时则下台 是跟随者：检查最后一次领导者心跳时间戳是否超时，若超时且最后一次投票的时间戳也超时，则发起预投票 重新定时检查状态任务提交定时任务（延时：领导者设定为超时时间，跟随者设置超时时间~超时时间*2之间的随机数）

接口 5.推送日志（nodeId，size）（newLog）

if 本节点非Leader 返回 提交日志推送线程 if 是新日志推送 初始化日志 appendEntries（本地） appendEntries（推送所有节点（nextId匹配不上的不推）） else 按照nodeId和size推送现有日志

接口 6.发起预投票

（在选举线程里） lastVoteTime更新为当前时间             初始化preVoteSet并向所有节点推送预投票请求

接口7.预投票请求处理（请求体：term，candidateId，lastLogIndex，lastLogTerm）

（在选举线程里） if term小于本实例term 返回false if 当前leader的心跳未超时 推送响应false if votedFor为空或等于candidateId，并且lastLogIndex>=自己的maxLogIndex 更新lastVoteTime，推送响应true preVoteSet

接口8.预投票响应处理（响应体：term，voteGranted）

（在选举线程里） 校验任期，若不相等则丢弃 if voteGranted preVoteSet.add（响应节点NodeId） if preVoteSet.size>节点数量/2 预投票结果处理（成功）

接口9.预投票结果处理

（在选举线程里） 校验任期，若不相等则丢弃 if 失败：无事发生 if 成功：发起正式投票

接口10.发起投票

（在选举线程里） 状态变成候选人 term++ voteFor改为自己 设置候选定时任务（超时未成功则失败，记得设随机） lastVoteTime更新为当前时间             初始化voteSet并向所有节点发送投票信息

接口11.投票请求处理（请求体：term，candidateId，lastLogIndex，lastLogTerm）

（在选举线程里） if term小于本实例term 返回false if term 大于本实例term 或者votedFor为空或等于candidateId，并且lastLogIndex>=自己的maxLogIndex 更新lastVoteTime、term、votedFor，返回true

voteSet

接口12.投票响应处理（响应体：term，voteGranted）

（在选举线程里） 校验任期，若不相等则丢弃 if voteGranted VoteSet.add（响应节点NodeId） if VoteSet.size>节点数量/2 投票结果处理（成功）

接口13.投票结果处理（term，result）

（在选举线程里） 校验任期，若不相等则丢弃 if 超时失败 退回跟随者状态，重新发起预投票 if 选举失败（收到新leader心跳） 退回跟随者状态 if 成功 当选leader

4.LogEntry类（物理日志（心跳）实例）

Int coreId 实例Id long logTerm  本日志任期 long leaderId 领导人Id long prevLogTerm 紧邻新日志条目之前的那个日志条目的任期 long prevLogIndex 紧邻新日志条目之前的那个日志条目的索引 long leaderCommit 领导人已知已提交日志的Index int size 本次日志数量（心跳填0） size个： int length 单条日志长度 byte[] data 单条日志数据