面试题：分布式系统中Paxos协议的核心思想是什么

Question

请详细阐述分布式系统里Paxos协议的核心设计理念，以及它是如何解决分布式一致性问题的。并举例说明在一个简单的分布式场景中，Paxos协议的运行流程。

Answer 1

Paxos协议核心设计理念

1. 基于多数派决策：Paxos协议通过让超过半数的节点达成一致来做出决策。这样即使部分节点出现故障，只要多数节点正常工作，系统依然能达成一致性。例如，在一个由5个节点组成的系统中，只要3个及以上节点同意某个值，这个值就会被选定。
2. 多轮交互协商：协议通过多轮的消息交互，逐步达成一致。在每一轮中，提议者（Proposer）向接受者（Acceptor）发送提议，接受者根据一定规则决定是否接受提议。
3. 安全性和活性：安全性保证一旦某个值被选定，后续不会再选定其他值；活性则确保只要有足够多的节点正常工作，最终能选定一个值。

解决分布式一致性问题的方式

1. 提议的提出：提议者生成一个带有编号的提议，提议中包含要确定的值。提议者会向所有接受者发送Prepare请求，请求中包含提议编号。
2. Prepare阶段：接受者接收到Prepare请求后，如果提议编号大于它已经响应过的所有Prepare请求的编号，就会回复一个Promise消息，承诺不再接受编号小于该提议编号的提议，并告知提议者它已经接受过的编号最大的提议（如果有）。
3. Accept阶段：提议者收到多数接受者的Promise回复后，根据Promise消息中的信息决定提议的值（如果有接受过的提议，则选择其中编号最大的提议的值；否则可自由选择提议的值），然后向这些接受者发送Accept请求，请求中包含提议编号和选定的值。
4. 接受提议：接受者接收到Accept请求，如果提议编号不小于它已经响应过的Prepare请求的编号，就会接受该提议，并向所有学习者（Learner）发送Accepted消息。
5. 学习选定值：学习者接收到多数接受者的Accepted消息后，就可以确定被选定的值。

简单分布式场景中Paxos协议运行流程示例

假设存在一个简单的分布式系统，由3个节点A、B、C组成，要通过Paxos协议确定一个字符串值。

1. 提议提出：提议者（假设是节点A）生成提议编号为1，值为“Hello”，向节点B和C发送Prepare(1)请求。
2. Prepare阶段：节点B和C接收到Prepare(1)请求，由于这是它们第一次收到Prepare请求，都回复Promise(1, null)给节点A，承诺不再接受编号小于1的提议，且目前没有接受过任何提议。
3. Accept阶段：节点A收到节点B和C的Promise回复后，发送Accept(1, “Hello”)请求给节点B和C。
4. 接受提议：节点B和C接收到Accept(1, “Hello”)请求，由于提议编号1符合要求，都接受该提议，并向所有学习者（这里节点A、B、C既是提议者、接受者，也是学习者）发送Accepted(1, “Hello”)消息。
5. 学习选定值：节点A、B、C都接收到多数（2个）的Accepted(1, “Hello”)消息，从而确定被选定的值为“Hello” 。