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如何使用Raft组件

这篇文章主要讲解了“如何使用Raft组件”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“如何使用Raft组件”吧！

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一、编译

github下载 Ratis 直接 mvn clean package 即可，如果编译过程中出错，可以先clean install  ratis-proto

二、示例

Ratis 自带的示例有三个：

  • arithmetic

  • counter

  • filestore

在 ratis-examples 模块中，对于 arithmetic 和 filestore比较方便，可以通过main/bin目录下的 shell  脚本快速启动 Server 和 Client 来进行测试。

对于Raft，咱们都知道是需要多实例组成集群才能测试，你启动一个实例没啥用，连选主都成问题。Bin 目录下的 start-all 支持 example  的名称以及对应的命令。比如 filestore server 代表是启动 filestore 这个应用的server。对应的命令参数会在相应example里的  cli 中解析。同时会一次性启动三个server，组成一个集群并在周期内完成选举。

而对于 counter 这个示例，并没有相应的脚本来快速启动三个server，这个我们可以通过命令行或者在IDE里以参数的形式启动。

三、分析

下面我们来示例里看下 Raft Server 是怎样工作的。

对于 counter 示例来说，我们启动的时候，需要传入一个参数，代表当前的server是第几个，目的在于，要从 peers 列表中得知该用哪个IP +  端口去启动它。这里我们能发现，这个 peers 列表，是在代码内提前设置好的。当然你说动态配置啥的，也没啥问题，另外两个示例是通过shell 脚本里common  中的配置传入的。

所以，第一步我们看到， Raft Server 在启动的时候，会通过「配置」的形式，来知道 peer  之间的存在，这样才能彼此通信，让别人给自己投票或者给别人投票，完成 Term 内的选举。另外，才能接收到 Leader 传过来的 Log  ，并且应用到本地。

第二步，我们来看下 Client 和 集群之间是如何通信的。整个 Raft 集群可能有多个实例，我们知道必须通过 Leader  来完成写操作。那怎样知道谁是Leader?有什么办法?

一般常见的思路有：

  • 在写之前，先去集群内查一下，谁是 Leader，然后再写

  • 随机拿一个写，不行再换一个，不停的试，总会有一个成功。

当然方式二这样试下去效率不太高。所以会在这个随机试一次之后，集群会将当前的 Leader 信息返回给 Client，然后 Client  直接通过这个建立连接进行通信即可。

在 Ratis 里， Client 调用非 Leader 节点会收到 Server 抛出的一个异常，异常中会包含一个称为 suggestLeader  的信息，表示当前正确的 Leader，按这个连上去就行。当然，如果如果在此过程中发生的 Leader 的变更，那就会有一个新的suggestLeader  返回来，再次重试。

我们来看 Counter 这个示例中的实现。

Server 和 Client 的共用的Common 代码中，包含 peers 的声明

public final class CounterCommon {   public static final List PEERS = new ArrayList<>(3);    static {     PEERS.add(new RaftPeer(RaftPeerId.getRaftPeerId("n1"), "127.0.0.1:6000"));     PEERS.add(new RaftPeer(RaftPeerId.getRaftPeerId("n2"), "127.0.0.1:6001"));     PEERS.add(new RaftPeer(RaftPeerId.getRaftPeerId("n3"), "127.0.0.1:6002"));   }

这里声明了三个节点。

通过命令行启动时，会直接把index 传进来, index 取值1-3。

java -cp *.jar org.apache.ratis.examples.counter.server.CounterServer {serverIndex}

然后在Server 启动的时候，拿到对应的配置信息。

//find current peer object based on application parameter     RaftPeer currentPeer =         CounterCommon.PEERS.get(Integer.parseInt(args[0]) - 1);

再设置存储目录

//set the storage directory (different for each peer) in RaftProperty object     File raftStorageDir = new File("./" + currentPeer.getId().toString());     RaftServerConfigKeys.setStorageDir(properties,         Collections.singletonList(raftStorageDir))

重点看这里，每个 Server 都会有一个状态机「CounterStateMachine」，平时我们的「业务逻辑」都放到这里

//create the counter state machine which hold the counter value     CounterStateMachine counterStateMachine = new CounterStateMachine();

客户端发送的命令，会在这个状态机中被执行，同时这些命令又以Log 的形式复制给其它节点，各个节点的Log  又会在它自己的状态机里执行，从而保证各个节点状态的一致。

如何使用Raft组件

如何使用Raft组件

最后根据这些配置，生成 Raft Server 实例并启动。

//create and start the Raft server     RaftServer server = RaftServer.newBuilder()         .setGroup(CounterCommon.RAFT_GROUP)         .setProperties(properties)         .setServerId(currentPeer.getId())         .setStateMachine(counterStateMachine)         .build();     server.start();

CounterStateMachine 里，应用计数的这一小段代码，我们看先检查了命令是否合法，然后执行命令

//check if the command is valid     String logData = entry.getStateMachineLogEntry().getLogData()         .toString(Charset.defaultCharset());     if (!logData.equals("INCREMENT")) {       return CompletableFuture.completedFuture(           Message.valueOf("Invalid Command"));     }     //update the last applied term and index     final long index = entry.getIndex();     updateLastAppliedTermIndex(entry.getTerm(), index);      //actual execution of the command: increment the counter     counter.incrementAndGet();      //return the new value of the counter to the client     final CompletableFuture f =         CompletableFuture.completedFuture(Message.valueOf(counter.toString()));      //if leader, log the incremented value and it's log index     if (trx.getServerRole() == RaftProtos.RaftPeerRole.LEADER) {       LOG.info("{}: Increment to {}", index, counter.toString());     }

我们再来看 Client 的实现。

和 Server 类似，通过配置属性，创建一个实例

private static RaftClient buildClient() {     RaftProperties raftProperties = new RaftProperties();     RaftClient.Builder builder = RaftClient.newBuilder()         .setProperties(raftProperties)         .setRaftGroup(CounterCommon.RAFT_GROUP)         .setClientRpc(             new GrpcFactory(new Parameters())                 .newRaftClientRpc(ClientId.randomId(), raftProperties));     return builder.build();   }

然后就可以向Server发送命令开工了。

raftClient.send(Message.valueOf("INCREMENT"));

Counter 的状态机支持INCREMENT 和 GET 两个命令。所以example 最后执行了一个 GET 的命令来获取最终的计数结果

RaftClientReply count = raftClient.sendReadOnly(Message.valueOf("GET"));

四、内部部分实现

RaftClientImpl 里，初期会从peers列表中选一个，当成leader 去请求。

RaftClientImpl(ClientId clientId, RaftGroup group, RaftPeerId leaderId,       RaftClientRpc clientRpc, RaftProperties properties, RetryPolicy retryPolicy) {     this.clientId = clientId;     this.clientRpc = clientRpc;     this.peers = new ConcurrentLinkedQueue<>(group.getPeers());     this.groupId = group.getGroupId();     this.leaderId = leaderId != null? leaderId         : !peers.isEmpty()? peers.iterator().next().getId(): null;     ...   }

之后，会根据server 返回的不同异常分别处理。

private RaftClientReply sendRequest(RaftClientRequest request) throws IOException {     RaftClientReply reply;     try {       reply = clientRpc.sendRequest(request);     } catch (GroupMismatchException gme) {       throw gme;     } catch (IOException ioe) {       handleIOException(request, ioe);     }     reply = handleLeaderException(request, reply, null);     reply = handleRaftException(reply, Function.identity());     return reply;   }

比如在 handleLeaderException 中，又分几种情况，因为通过Client 来和 Server  进行通讯的时候，会随机从peers里选择一个，做为leader去请求，如果 Server  返回异常，说它不是leader，就用下面的代码，随机从另外的peer里选择一个再去请求。

final RaftPeerId oldLeader = request.getServerId();     final RaftPeerId curLeader = leaderId;     final boolean stillLeader = oldLeader.equals(curLeader);     if (newLeader == null && stillLeader) {       newLeader = CollectionUtils.random(oldLeader,           CollectionUtils.as(peers, RaftPeer::getId));     }   static  T random(final T given, Iterable iteration) {     Objects.requireNonNull(given, "given == null");     Objects.requireNonNull(iteration, "iteration == null");      final List list = StreamSupport.stream(iteration.spliterator(), false)         .filter(e -> !given.equals(e))         .collect(Collectors.toList());     final int size = list.size();     return size == 0? null: list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(size));   }

是不是感觉很低效。如果这个时候，server 返回的信息里，告诉client 谁是 leader，那client 直接连上去就可以了是吧。

/**    * @return null if the reply is null or it has    * {@link NotLeaderException} or {@link LeaderNotReadyException}    * otherwise return the same reply.    */   RaftClientReply handleLeaderException(RaftClientRequest request, RaftClientReply reply,                                         Consumer handler) {     if (reply == null || reply.getException() instanceof LeaderNotReadyException) {       return null;     }     final NotLeaderException nle = reply.getNotLeaderException();     if (nle == null) {       return reply;     }     return handleNotLeaderException(request, nle, handler);   }
RaftClientReply handleNotLeaderException(RaftClientRequest request, NotLeaderException nle,       Consumer handler) {     refreshPeers(nle.getPeers());     final RaftPeerId newLeader = nle.getSuggestedLeader() == null ? null         : nle.getSuggestedLeader().getId();     handleIOException(request, nle, newLeader, handler);     return null;   }

我们会看到，在异常的信息中，如果能够提取出一个 suggestedLeader，这时候就会做为新的leaderId来使用，下次直接连接了。

感谢各位的阅读，以上就是“如何使用Raft组件”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对如何使用Raft组件这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！


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