源码解读etcd heartbeat,election timeout之间的拉锯

转一个我在知乎上回答的有关raft election timeout/ heartbeat interval 的回答吧。

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答：准确来讲： election是timeout，而heartbeat 是interval， 这样就很容易理解了。

heartbeat interval 是leader 安抚folower的时间，这个时间间隔是体现在leader上，是leader发送心跳的周期 （我xxxx ms 来一次）。

election timeout 是follower能容忍多久没收到心跳开始骚动的时间 （我等你xxxx ms，没来我就起义）。

为压制follower随时起义的骚动，heartbeat timeout 一般小于 election timeout。

楼主说两个配置超时，都会成为候选者，实际上，heartbeat interval/election timeout 是一个此消彼长的拉锯。

1. 想象一个刚初始化的集群，大家都是follower，没有heartbeat压制， 各follower节点的election timeout之后开始骚动。

2. 在一次选举周期没有选出leader，很可能是选票瓜分了， 需要发起新的选举； 为缓解选票瓜分的情况， 每个节点的election timeout骚动时间是随机的。

3. 发生网络分区的时候， 少数派分区的follower收不到leader 的安抚，是不是又要起义，这个时候election timeout也起作用了。

我们结合etcd的默认配置和源码理解：

目前etcd默认heartbeat = 100ms， election = 1000ms

https://github.com/etcd-io/etcd/blob/5fd69102ce785136aeb3168c56adce7957b99e2d/raft/raft.go#L1718

raft 为节点定义了以下状态：

const (
    StateFollower StateType = iota
    StateCandidate
    StateLeader
    StatePreCandidate
    numStates
)

becomeLeader 注册了定期发送心跳的动作 r.tick = r.tickHeartbeat ;

becomeFollower becomeCandidate becomePreCandidate 都注册了(没收到安抚而)起义的动作 r.tick = r.tickElection;

我们以follower节点为例：

func (r *raft) becomeFollower(term uint64, lead uint64) {
	r.step = stepFollower
	r.reset(term)
	r.tick = r.tickElection
	r.lead = lead
	r.state = StateFollower
	r.logger.Infof("%x became follower at term %d", r.id, r.Term)
}

• r.reset(term)==> r.resetRandomizedElectionTimeout() 会接受传播过来的term，并计算随机选举超时时间。

func (r *raft) resetRandomizedElectionTimeout() {
	r.randomizedElectionTimeout = r.electionTimeout + globalRand.Intn(r.electionTimeout)
}

从上面源码看出，etcd默认配置产生的节点随机超时时间是 [1000,2000]ms。

• r.tickElection 会判断:如果当前经历的时间electionElapsed大于随机超时时间，就开始起义，并重置electionElapsed时间。

func (r *raft) tickElection() {
	r.electionElapsed++

	if r.promotable() && r.pastElectionTimeout() {
		r.electionElapsed = 0
		if err := r.Step(pb.Message{From: r.id, Type: pb.MsgHup}); err != nil {
			r.logger.Debugf("error occurred during election: %v", err)
		}
	}
}

func (r *raft) pastElectionTimeout() bool {
	return r.electionElapsed >= r.randomizedElectionTimeout
}

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becomePreCandidate 没有r.reset(term)动作，这是一个预投票状态，也称prevote,这也是etcd的常见面试题。

prevote 是论文作者为解决“分区少数派重新加入集群，因为高term导致集群瞬间不稳定”的提出的方案，etcd 默认加入prevote机制， 在成为真正意义的候选者之前不自增term，先预投票，因为其他节点一直收到心跳，并不会起义，故该节点预投票拿不到多数投票，等到该节点收到leader心跳，自行降为follower，term和Leader一致，   现在这一机制已经插入到每次follower-->Candidate之间。

	switch m.Type {
	case pb.MsgHup:
		if r.preVote {
			r.hup(campaignPreElection)
		} else {
			r.hup(campaignElection)
		}

• https://www.jianshu.com/p/1496228df9a9
• https://github.com/etcd-io/etcd