raft Java实现的详细设计文档
概述
本文章只实现raft一致性算法的核心功能：leader选举、日志复制，不包括集群成员变化、日志压缩等功能。主要目的适用于学习；
本文为raft实现的设计文档，对raft算法进行抽象，将关键逻辑用图形和表格梳理清楚，从而给使用Java代码进行实现提供设计文档。
实现代码GitHub：https://github.com/DanielJyc/raft-simple
主要概念
- server：服务器，可能为leader、candidate、follower中的任意一方
- leader：主节点
- candidate：候选节点
- follower：从节点
- RPC：远程过程调用，在这里指通信接口
- election：选举leader的过程
- client：客户端，发起请求，传输数据的使用方
- entry：条目，=term + 状态机指令(数据) + logIndex(日志索引)。
- term：任期号，即一个数字。如下图，多个term组成了整个生命周期的时间轴。
关键设计
数据结构模型（领域模型）
term介绍
核心的数据结构即为entry，多个entry组成了本地的数据模型，如下图：
- term：任期号
- index：日志索引，从1开始递增
- data：保存的数据
整体模型
用例图
模块划分
关键类设计
整体类图如下
Server状态流转类图
server状态流转
备注：跟随者只响应来自其他服务器的请求。如果跟随者接收不到消息，那么他就会变成候选人并发起一次选举。获得集群中大多数选票的候选人将成为领导者。在一个任期内，领导人一直都会是领导人直到自己宕机了。
Entry状态转换
核心实现流程
leader选举
follower投票
约束转换：
- 如果term < currentTerm返回 false （5.2 节）
- 如果 votedFor 为空或者为 candidateId，并且候选人的日志至少和自己一样新，那么就投票给他（5.2 节，5.4 节）
- 如果接收到的 RPC 请求或响应中，任期号T > currentTerm，那么就令 currentTerm 等于 T，并切换状态为跟随者（5.1 节）
candidate发起投票(广播)
candidate发起投票(单个)
通过ifLeaderChannel方式通知状态转换模块，由candidate转换为leader