从etcd学习raft - 技术栈

在etcd的项目下有一个使用raft的示例，在之前读etcd代码的时候会比较难理解raft相关的代码。因此通过这个示例会更容易的了解raft相关的实现细节。

我将这部分代码推送到了我的git仓库：https://github.com/yugu2day/raftexample

在示例中，主要是构建了一个基于map的k-v存储服务，支持PUT 和 GET 对键值内容的存取，通过POST 和 DELETE 来添加/删除raft集群中的节点。

如何使用示例

可以按照代码中的README在本地启动这个简单的示例，这里也大概描述一下过程。在构建出可执行文件并通过启动参数设置节点ID，服务端口之后，就可以通过HTTP请求进行键值对的更新查询。可以从下面的输出看到在启动之后会有一些日志打印出来，我们启动的节点id是1，在日志中就包括member1 在不同的term中的角色切换。

go build -o raftexample
./raftexample --id 1 --cluster http://127.0.0.1:12379 --port 12380

2024/08/26 16:07:28 replaying WAL of member 1
2024/08/26 16:07:28 loading WAL at term 0 and index 0
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: 1 switched to configuration voters=()
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: 1 became follower at term 0
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: newRaft 1 [peers: [], term: 0, commit: 0, applied: 0, lastindex: 0, lastterm: 0]
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: 1 became follower at term 1
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: 1 switched to configuration voters=(1)
raft2024/08/26 16:07:28 INFO: 1 switched to configuration voters=(1)
raft2024/08/26 16:07:29 INFO: 1 is starting a new election at term 1
raft2024/08/26 16:07:29 INFO: 1 became candidate at term 2
raft2024/08/26 16:07:29 INFO: 1 received MsgVoteResp from 1 at term 2
raft2024/08/26 16:07:29 INFO: 1 became leader at term 2
raft2024/08/26 16:07:29 INFO: raft.node: 1 elected leader 1 at term 2

通过http请求启动的服务，可以看到现在GET 和 PUT 请求是能够正常的获取和更新键值对的内容的。

curl -L http://127.0.0.1:12380/my-key -XPUT -d hello
curl -L http://127.0.0.1:12380/my-key
hello%
curl -L http://127.0.0.1:12380/my-key -XPUT -d hello11
hello11%

raftnode 的启动

在main函数中，会根据我们的启动参数构建对应的raftnode，后续raft相关消息的传递都是由raftnode完成。

go 复制代码

func main() {
        ...
    getSnapshot := func() ([]byte, error) { return kvs.getSnapshot() }
    commitC, errorC, snapshotterReady := newRaftNode(*id, strings.Split(*cluster, ","), *join, getSnapshot, proposeC, confChangeC)
        ...
}

func newRaftNode(id int, peers []string, join bool, getSnapshot func() ([]byte, error), proposeC <-chan string,
	confChangeC <-chan raftpb.ConfChange) (<-chan *commit, <-chan error, <-chan *snap.Snapshotter) {

	commitC := make(chan *commit)
	errorC := make(chan error)

	rc := &raftNode{
		proposeC:    proposeC,
		confChangeC: confChangeC,
		commitC:     commitC,
		errorC:      errorC,
		id:          id,
		peers:       peers,
		join:        join,
		waldir:      fmt.Sprintf("raftexample-%d", id),
		snapdir:     fmt.Sprintf("raftexample-%d-snap", id),
		getSnapshot: getSnapshot,
		snapCount:   defaultSnapshotCount,
		stopc:       make(chan struct{}),
		httpstopc:   make(chan struct{}),
		httpdonec:   make(chan struct{}),

		logger: zap.NewExample(),

		snapshotterReady: make(chan *snap.Snapshotter, 1),
		// rest of structure populated after WAL replay
	}
	go rc.startRaft()
	return commitC, errorC, rc.snapshotterReady
}

在初始化raftnode实例后，会开启一个goroutine启动该节点。可以注意一下waldir和snapDir, 在启动示例之后我们本地也会多出两个文件夹。这两个文件夹与我们存储内容的持久化相关，因此在启动node之后首先会加载这两个文件的内容，将快照内容和WAL的内容加载到内存中。（这里的概念和redolog类似）加载结束后会写rc.snapshotterReady channel, main函数中就会初始化kv实例并启动web服务。

go 复制代码

func main(){
    ...
    kvs = newKVStore(<-snapshotterReady, proposeC, commitC, errorC)

    // the key-value http handler will propose updates to raft
    serveHttpKVAPI(kvs, *kvport, confChangeC, errorC)
    ...

在replay结束后，会创建对应的raft通信相关的对象，并添加其他节点到本节点的关联关系。

go 复制代码

	rc.transport = &rafthttp.Transport{
		Logger:      rc.logger,
		ID:          types.ID(rc.id),
		ClusterID:   0x1000,
		Raft:        rc,
		ServerStats: stats.NewServerStats("", ""),
		LeaderStats: stats.NewLeaderStats(zap.NewExample(), strconv.Itoa(rc.id)),
		ErrorC:      make(chan error),
	}

	rc.transport.Start()
	for i := range rc.peers {
		if i+1 != rc.id {
			rc.transport.AddPeer(types.ID(i+1), []string{rc.peers[i]})
		}
	}

最后起两个goroutine，分别处理raft相关的网络请求和相关channel的消息。

go 复制代码

go rc.serveRaft()
go rc.serveChannels()

PUT请求的处理

这部分API的代码比较简单，将k-v解析出来之后会序列化并写入此前创建node时返回的proposeCchannel 中。在案例中并没有等待raft处理的结果，而是直接返回了状态码。因此我们在PUT之后马上GET可能不能马上得到最新的结果。那么消息写入proposeC中之后，就会在前面提到的serveChannels方法中处理。最终这个消息会和前面文章提到PUT请求的处理类似将消息加载到ready实例上。

在示例中，会将ready实例的内容写WAL，并写入commitC。

go 复制代码

		// store raft entries to wal, then publish over commit channel
		case rd := <-rc.node.Ready():
			rc.wal.Save(rd.HardState, rd.Entries)
			if !raft.IsEmptySnap(rd.Snapshot) {
				rc.saveSnap(rd.Snapshot)
				rc.raftStorage.ApplySnapshot(rd.Snapshot)
				rc.publishSnapshot(rd.Snapshot)
			}
			rc.raftStorage.Append(rd.Entries)
			rc.transport.Send(rd.Messages)
			applyDoneC, ok := rc.publishEntries(rc.entriesToApply(rd.CommittedEntries))
			if !ok {
				rc.stop()
				return
			}
			rc.maybeTriggerSnapshot(applyDoneC)
			rc.node.Advance()

在初始化的kvStore里，会处理commitC里的消息。并将其应用到map中

go 复制代码

func (s *kvstore) readCommits(commitC <-chan *commit, errorC <-chan error) {
	for commit := range commitC {
		if commit == nil {
			// signaled to load snapshot
			snapshot, err := s.loadSnapshot()
			if err != nil {
				log.Panic(err)
			}
			if snapshot != nil {
				log.Printf("loading snapshot at term %d and index %d", snapshot.Metadata.Term, snapshot.Metadata.Index)
				if err := s.recoverFromSnapshot(snapshot.Data); err != nil {
					log.Panic(err)
				}
			}
			continue
		}

		for _, data := range commit.data {
			var dataKv kv
			dec := gob.NewDecoder(bytes.NewBufferString(data))
			if err := dec.Decode(&dataKv); err != nil {
				log.Fatalf("raftexample: could not decode message (%v)", err)
			}
			s.mu.Lock()
			s.kvStore[dataKv.Key] = dataKv.Val
			s.mu.Unlock()
		}
		close(commit.applyDoneC)
	}
	if err, ok := <-errorC; ok {
		log.Fatal(err)
	}
}