从零到壹学习共识算法第十四讲：通过 PhxPaxos 了解 Paxos 原理

作者：黎跃春

孔壹学院创始人兼CEO

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从零到壹学习共识算法为一个系列，一共18讲，包括通过一个App的演示深入理解区块链运行原理、go 实现简单的区块链、拜占庭、PoW、PoS、DPoS、Paxos、Raft等，为大家详尽的介绍共识算法的学习过程。今天我们将为大家介绍从零到壹学习共识算法第十四讲：通过 PhxPaxos 了解 Paxos 原理 。话不多说，马上开启我们的共识算法学习之旅。

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Prepare阶段

Prepare

Proposer在Prepare阶段主要做了这么几件事：

重置各个状态位，表明当前正处于Prepare阶段。

获取提案编号ProposalID。当bNeedNewBallot为true时需要将ProposalID+1。否则沿用之前的ProposalID。bNeedNewBallot是在NewValue中调用Prepare方法时传入的m_bWasRejectBySomeone参数。也就是如果之前没有被任何Acceptor拒绝（说明还没有明确出现更大的ProposalID），则不需要获取新的ProposalID。对应的场景是Prepare阶段超时了，在超时时间内没有收到过半Acceptor同意的消息，因此需要重新执行Prepare阶段，此时只需要沿用原来的ProposalID即可。

发送Prepare请求。该请求PaxosMsg是Protocol Buffer定义的一个message，包含MsgType、InstanceID、NodeID、ProposalID等字段。在BroadcastMessage(oPaxosMsg)中还会将oPaxosMsg序列化后才发送出去。

PaxosMsg的定义如下，Prepare和Accept阶段Proposer和Acceptor的所有消息都用PaxosMsg来表示：

OnPrepareReply

Proposer发出Prepare请求后就开始等待Acceptor的回复。当Proposer所在节点收到PaxosPrepareReply消息后，就会调用Proposer的OnPrepareReply(oPaxosMsg)，其中oPaxosMsg是Acceptor回复的消息。

该阶段Proposer主要做了以下事情：

判断消息是否有效。包括ProposalID是否相同，自身是否处于Prepare阶段等。因为网络是不可靠的，有些消息可能延迟很久，等收到的时候已经不需要了，所以需要做这些判断。

将收到的消息加入MsgCounter用于统计。

根据收到的消息更新自身状态。包括Acceptor承诺过的ProposalID，以及Acceptor接受过的编号最大的提案等。

根据MsgCounter统计的Acceptor投票结果决定是进入Acceptor阶段还是重新发起Prepare请求。这里如果判断需要重新发起Prepare请求的话，也不是立即进行，而是等待一段随机的时间，这样做的好处是减少不同Proposer之间的冲突，采取的策略跟raft中leader选举冲突时在一段随机的选举超时时间后重新发起选举的做法类似。

注：这里跟Paxos算法中提案编号对应的并不是ProposalID，而是BallotNumber。BallotNumber由ProposalID和NodeID组成。还实现了运算符重载。如果ProposalID大，则BallotNumber（即提案编号）大。在ProposalID相同的情况下，NodeID大的BallotNumber大。

Accept 阶段

接下来Proposer就进入Accept阶段：

Accept

Accept请求中 里的Value是这样确定的：如果Prepare阶段有Acceptor的回复中带有提案值，则该Value为所有的Acceptor的回复中，编号最大的提案的值。否则就是Proposer在最初调用NewValue时传入的值。

OnAcceptReply

这里跟OnPrepareReply的过程基本一致。比较大的区别在于最后如果过半的Acceptor接受了该Accept请求，则说明该Value被选定（Chosen）了，就发送消息，让每个节点上的Learner学习该Value。

Acceptor

OnPrepare

OnPrepare用于处理收到的Prepare请求，逻辑如下：

OnAccept

再来看看OnAccept：