群雄当立，逐鹿分布(三)Paxos传说之三大神器

秘笈残本

书接上回，岛主莱斯利·兰伯特在经历了拜占庭将军之殇之后，就下令全城上下严禁提起拜占庭。因此，Paxos是不需要考虑拜占庭错误。此外，Paxos岛是一个自由的岛屿，责任在这个岛屿显得并没有那么重要，管理层并不承担着出席、投递、准时的义务。既然岛主选择了消息传递作为通信的主要模型，就不得不解决信差被暗杀或者繁忙，消息延迟、丢失、重复的问题，那么如何让城邦里的居民，达成共识呢？这是莱斯利·兰伯特亟需解决的问题。

Paxos岛山峦耸立，岛主莱斯利·兰伯特命人在最高的山峰，搭建了一个观海亭。岛主时常在此亭中，手握着一本破旧的残本，上面依稀能辨认出Paxos的字样，岛主看着远方的大海，常常回忆起了那段心底深处的记忆。Paxos岛历元年，岛主莱斯利·兰伯特还是孩童的时候，遇到了一个衣衫褴褛，枯瘦如柴的老人家，老人家拦下了兰伯特，告诉他：，现在分布式江湖岌岌可危，天下一片混沌，各个帮派之争群雄并起，友邻们互相猜忌，无法达成共识（consensus）。拯救分布式江湖的重任只能落在兰伯特瘦弱的肩膀上了，老人家这里有一份秘籍，可以解救万物苍生，天下和平，兰伯特毅然决然的把家底所有的银币付给了老人家，并接下了这个光荣而艰巨的使命，老人接过银币之后，一个腾挪就消失在人海之中，只留一下一本破旧的不能再破旧的秘籍，甚至瞄几眼就能知道有多少页，和一个在风中凌乱的兰伯特。

兰伯特一直觉得这是一个东方的隐世高手，能从他的眼神中看出仙风道骨。突然，秘笈中一道金光闪过，兰伯特似乎从金光中抓住了什么关键信息，于是他召集了各个岛屿的智者，大家齐聚观海亭，开启了Paxos秘笈残本的阅读，也开启了Paxos城邦的盛世。

Basic-Paxos

岛主喝了一口浓浓的烈酒，润了润喉咙，朗声笑道：“哈哈哈，我知道你们都是些得民心的家伙，你们决定着Paxos的正常运转，但不能始终有名无份，于是我决定成立一个议会，这个议会主要的作用就是对城邦内外的大小事务，各种提议进行表决，充分体现我们城邦的民主和万众一心。”

“岛主英明”，“岛主英明”。不知道是谁开始先喊起这样的口号，观海亭内的声音此起彼伏。岛主莱斯利·兰伯特的手在虚空中摆了摆，示意大家安静下来，继续说道：“既然成立了议会，你们就都是议员。议会的议员分成不同的等级，承担着不同的作用。proposers提议者，acceptors表决者,learner记录者。”

等级一词出口之后，讨论之声不绝于耳，大家担心这违背他们自诩是民主自由的国度。于是岛主补了一句：“每个人都可以身兼数职”。

“那么这三个角色都分别承担着什么样的工作呢？”见岛主没有继续解释的样子，有人忍不住问了起来。岛主也不着急，抿了一口烈酒，继续说道：“proposer为提案、居民意见的接收者和议案的提议者，acceptor是对proposer提出的议案进行表决，对是否accept进行决策。learner作为记录和监督者，用来记录被批准的提案，”

“那么提案是什么呢，既然要记录的话，那是不是要定义格式？”一位双鬓斑白的智者提出了这样一个疑问。

“不错，为了让大家有序的讨论，我们规定提案proposal的格式，有提案编号N和提案信息value组成，好了，为了让你们更好的践行其中的运转流程，我们实际演练一下吧”。岛主用粗壮的手指点了七个人，他亲切的问第一个长相英俊的议员，叫什么名字？议员整了整衣冠，说：“陛下，我叫达拉崩吧斑多贝迪卜多比鲁翁”，另外一个议员还没有等到城主问呢，就先说了：“陛下，我叫昆图库塔卡提考特苏瓦西拉松”，岛主急忙打断，说：“好了，都是一家人，叫名字就生分了”，于是选中的7个人就有了各自短暂的代号。有提议需求的居民Client C1，提议者proposerP1，三个决策者acceptor A1，A2，A3，和2个记录者LearnerL1,L2就诞生了。

二大阶段，四小部分

首先C1向P1提出了税率太高的诉求，要求调整税率。P1收集到了这个请求，向分别向A1，A2，A3三个决策者发起一号提案，因为他们没有那么负责，那么我可以只告诉他们我要提案的编号是多少就好了，P1正准备向监督者L1，L2发送提案，他发现监督者正被城主拦着问话呢，城主说，他们俩就不参与决策了，也没有投票权，P1只好作罢，留下L1和L2两脸尴尬的杵在原地。

决策者A1，A2和A3收到P1的提议之后，A1发现自己这里的提案没有比1号提案更大的，于是他同意我们来进行讨论P1提出的一号提案，并且给了P1一个promise,你可以把你的提案编号和提案内容提过来了，我同意进行讨论。P1得到了A1的promise之后，两眼望向了A2和A3两位acceptor。A2也是内部比较了一下，同意了讨论这个提案，只是慵懒的A3，脑子放空了，想到昨晚偶遇的美女，竟然无视了P1的提案，不做回复。

P1告状式的向城主求助，城主却丝毫不慌，向P1说，总共有三位决策者，你得到了两位决策者的许可，根据我们一贯的多数派原则，你已经可以认为这项提议在议会中得到了promise，接下来，议会会对这个税率问题进行讨论，但是城主还是对这个问题多看了C1一眼。

P1得到了足够的promise，可以向A1，A2，A3发送具体的提议内容了。P1高声的向A1，A2，A3三位大官人喊道：“我现在说的是编号为1号提议，提议的内容value是把税率下调”，A1，A2，A3虽然清晰的听到了提议编号和提议内容，但还是小心翼翼的看向了城主，毕竟税率这个问题，还是下他们一激灵。

A1，A2，A3收到了提案的具体内容，并且发现并不违背自己和其他人的约定，于是批准通过了这个提议。就算A3有点怨言，不想下调税率，影响他的灰色收入，但是没有办法，A1，A2已经同意了，根据Paxos一直的多数原则，这个提议也是被批准的。

至此，一次提议的共识就完成了。城主爽朗的笑着，周边的议员看到这个事情，也兴奋的拍着手掌，他们可以预见到在这样的一套体系下，他们的Paxos城邦将向着蒸蒸日上的方向马不停蹄。岛主莱斯利·兰伯特举起酒杯，向在座的议员共饮。

Multi-Paxos

很快，这套方案在各个议员的推送下，在Paxos城邦实施下去了，民众也感恩，终于有了反馈的门路，这才是真正的自由民主。可是，岛主莱斯利·兰伯特在和议员们的一次聚会上，问起Basic-Paxos的执行效果如何，一位微醺的议员，咬了一口手中的葡萄，站起来说：“岛主不必过虑，Paxos城邦人人安居乐业，个个幸福美满，我们一项法案都没有批准过，这说明啊，我们的居民幸福指数很高，他们不需要提议来改善”

岛主闻得此话，不仅没有开心，反而重重的拍了几下桌子，桌上的美酒珍馐洒了一地。“怎会如此？在场的有proposer议员么？上来答话”。几个惶恐的议员，跪在地上，大声疾呼：“冤枉啊！每次提出的提议都因为编号问题一直卡着，我们这几天光prepare就已经不眠不休了！”

岛主一听大惊失色，想起了秘笈中的醒世恒言。活锁一处，万物不生。在场的少有几个双鬓斑白的智者听得此话，明白了其中的含义。由于Acceptor在第一阶段接收到的是提议编号，他们认为值得讨论的是最大的提议编号，因为小的已经过期了，没有讨论的价值，这样想来也合情合理，可是proposer并不止一个，提议的通过也并不止一次性，这样就造成了proposer不眠不休的提议，连口水都喝不上。

举个例子，P1提议了编号1，也得到了promise，然后P2提议了编号2，因为2比1大，也得到了promise，之后P1告知编号和提议的具体内容，发现1号提议已经过时了，为了能提议，他不得不把编号改成3再次提议，获得了promise，之后，P2又同样的需要把编号改成4，如此循环往复。proposer无论如何也得不到批准的提议，反而在提议的过程中一口水也喝不上。

“哈哈哈”，岛主大声的笑了出来，不知道怎么来说这帮可爱的老兄弟，这也太敬业了。他清了清嗓，场子适时的安静下来了，岛主接着道：“这事也好办，下次你们再遇见编号失效，先等一等，尿个尿，喝杯茶再去提议，这样我们就能错开提案了，可以很大的减少编号的问题”，聚会上突然轰然响起了“岛主英明”，“岛主万岁”的一片片叫好。

“陛下，臣私以为此法虽治标但难治本。是否可以从流程中考虑进行完善，臣这里有一计，但请陛下参考。”一位神采飞扬的老者打断了众人的欢呼。“我们从proposer中选出一名leader，来进行提议编号和向acceptor进行提议，这样就不会有冲突了”

“哈哈哈，好，不愧是我的智囊，此方法确实可行，我便称之为multi-paxos”。岛主拍板定下了这样的一套策略。第一个提议仍然按照basic-paxos执行，由P1经过四个阶段进行提议批准，但是后续的提议由于P1统一处理，那么他知道了当前的提议编号，只需要进行accept就能批准提议。岛主实在是太高兴了，不仅大口饮了几碗酒，并且把Paxos秘笈残本的拓本给大家展示了一下。

Fast-Paxos

随着时间的推移，Multi-Paxos再paxos城邦运转良好，为城邦的各项提议的共识达成提供极大的助力，在这样的机制下面，人民觉得达成共识是一件很简单的事，但是偶尔也会由于岛与岛之间的距离，消息的等待时间等问题使得一项提议的达成周期变得非常长。于是岛主每每深夜总是翻开那本残本秘笈，想要解决消息延迟的问题。

终于有一天，岛主在翻看秘笈的时候，不小心把蜡烛碰倒了，火烧在了秘笈上，不仅没有点燃，反而在一页无字的纸上，显现了Fast-Paxos的字样，岛主知道，新的转机，就应该在这一页无字秘笈上，于是他求知若渴的读了起来。

由于Basic-Paxos从请求到监控的learn返回，存在3个消息延迟，而Fast-Paxos可以做到2个消息延迟。由于leader在第一阶段不会发送任何的value，所以这一步可以交client平民自己向Acceptor来上报，这样client就无需同leader进行消息传递了。也就减少了等待的一个消息通知。

如果有那么一个平民是幸运的，他直接向Acceptor发起提议，没有冲突，那么Acceptor会向leader和learner发送accepted消息，告知天下，这个提议通过了。

但是并不是所有的情况都是那么幸运的，如果有冲突，这时候由leader充当协调者，进行协调，解决冲突，并且发送Accept消息，进行新一轮的提议批准。实际上在实现的过程中，acceptor自身也可以充当协调者，只要维护者多数派的原则，那么不需要leader来解决冲突。

Paxos城的未来

paxos城有着这样的三大神器镇着，无论什么样的共识问题，都能够迎刃而解。同时岛主莱斯利·兰伯特看过分布式天书和得到过paxos的秘笈残本，也在江湖上传了出来，这又将在分布式江湖上引起什么样的腥风血雨呢？拜占庭军队能够以什么样的方式在paxos城中再次启用？这个故事仍然在继续。

八佾Talk

意志是每一个人的精神力量，是要创造或是破坏某种东西的自由的憧憬，是能从无中创造奇迹的创造力。——莱蒙托夫