Что такое алгоритмы консенсуса (например, Raft) и зачем они нужны в распределенных системах?

Консенсус — это процесс достижения согласия между несколькими участниками (узлами) в распределенной системе. Его главная задача — обеспечить, чтобы все узлы договорились об одном и том же значении (например, о порядке транзакций), даже если некоторые узлы выходят из строя или сетевые сообщения задерживаются.

Зачем это нужно?

В распределенных системах (базы данных, брокеры сообщений) нет единого источника правды. Чтобы система была отказоустойчивой, данные реплицируются. Алгоритм консенсуса гарантирует, что все реплики данных останутся согласованными (консистентными).

Популярные алгоритмы:

• Paxos: Считается первым доказанным решением проблемы консенсуса, но сложен для понимания и реализации.
• Raft: Разработан как более понятная и практичная альтернатива Paxos. Очень популярен в экосистеме Go.

Ключевые принципы Raft:

1. Выбор Лидера (Leader Election): Один узел выбирается лидером. Только он может принимать запросы на изменение данных от клиентов.
2. Репликация лога (Log Replication): Лидер добавляет команды в свой лог и рассылает их остальным узлам (последователям). Запись считается подтвержденной, когда она сохранена на большинстве узлов.
3. Безопасность (Safety): Гарантирует, что система не потеряет данные и не придет в некорректное состояние.

Применение в Go:

Go отлично подходит для создания распределенных систем, поэтому библиотеки для реализации Raft очень популярны. Например, hashicorp/raft используется в Consul и Vault.

// Пример схематичной инициализации узла Raft с помощью библиотеки hashicorp/raft

// Создаем конфигурацию
config := raft.DefaultConfig()
config.LocalID = raft.ServerID("node-1") // Уникальный ID нашего узла

// Создаем хранилища для логов и снэпшотов (в памяти для примера)
logStore := raft.NewInmemStore()
stableStore := raft.NewInmemStore()
snapshotStore := raft.NewInmemSnapshotStore()

// Создаем транспорт для общения узлов между собой
addr, _ := net.ResolveTCPAddr("tcp", "127.0.0.1:0")
transport, _ := raft.NewTCPTransport(addr.String(), addr, 3, 10*time.Second, os.Stderr)

// Создаем конечный автомат (FSM), который будет применять команды
fsm := &MyFSM{} // Ваша бизнес-логика

// Инициализируем узел Raft
raftNode, err := raft.NewRaft(config, fsm, logStore, stableStore, snapshotStore, transport)
if err != nil {
    // обработка ошибки
}

// Теперь узел готов к работе в кластере

Где используется: etcd, CockroachDB, Consul, TiDB.