Raft 全景：在开始写代码之前先理解这些

Raft 解决什么问题#

你有 3 台服务器，想让它们保持相同的状态（比如都存储相同的 KV 数据）。

问题：

任何一台服务器都可能随时崩溃
网络可能分区（服务器之间无法通信）
客户端的请求可能发到任何一台服务器

Raft 的解决方案：选出一个 Leader，所有写操作都通过 Leader，Leader 把操作复制给其他服务器（Follower）。

三个核心概念#

1. 任期（Term）

Raft 把时间分成一个个任期。每次选举开始，任期号加一。

任期 1: 服务器 1 是 Leader
任期 2: 服务器 1 崩溃，选举，服务器 2 成为 Leader
任期 3: 网络分区，选举，服务器 3 成为 Leader

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任期号的作用：帮助节点识别过时的信息。如果收到的消息里的任期号比自己的小，说明对方的信息是过时的，可以忽略。

2. 日志（Log）

每个节点维护一个日志，记录所有操作的顺序：

索引:  1        2        3
内容: Put(a,1) Put(b,2) Put(a,3)
任期:  1        1        2

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Leader 把新操作追加到日志，然后复制给 Follower。当多数节点（超过半数）都有了这条日志，就认为它被”提交”了。

3. 状态机

每个节点按日志顺序执行操作，更新状态机（比如 KV 存储）。因为所有节点执行相同顺序的操作，状态机保持一致。

节点的三种状态#

Follower → Candidate → Leader
    ↑                      |
    └──────────────────────┘

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Follower：被动接收 Leader 的心跳和日志复制。如果一段时间没收到 Leader 的消息，转变为 Candidate。
Candidate：发起选举，向其他节点请求投票。如果获得多数票，成为 Leader。
Leader：接收客户端请求，复制日志，发送心跳。

Lab 2 的三个部分#

2A：Leader 选举

实现选举超时（election timeout）
实现 RequestVote RPC
实现心跳（AppendEntries RPC，不带日志条目）

2B：日志复制

实现 AppendEntries RPC（带日志条目）
实现日志匹配和冲突解决
实现 commitIndex 和 lastApplied 的推进

2C：持久化

实现 persist() 和 readPersist()
在修改 currentTerm、votedFor、log 后调用 persist()

Raft 结构体需要的字段#

根据论文 Figure 2，你需要在 Raft 结构体里添加：

type Raft struct {
    mu        sync.Mutex
    peers     []*labrpc.ClientEnd
    persister *Persister
    me        int
    dead      int32

    // 持久化状态（每次修改后要调用 persist()）
    currentTerm int        // 当前任期
    votedFor    int        // 本任期投票给了谁（-1 表示没投）
    log         []LogEntry // 日志条目

    // 易失状态（重启后重置）
    commitIndex int  // 已知已提交的最高日志索引
    lastApplied int  // 已应用到状态机的最高日志索引

    // Leader 的易失状态（选举后重置）
    nextIndex  []int  // 对每个 Follower，下一条要发送的日志索引
    matchIndex []int  // 对每个 Follower，已知已复制的最高日志索引

    // 其他
    state         string    // "follower", "candidate", "leader"
    lastHeartbeat time.Time // 上次收到心跳的时间
    applyCh       chan ApplyMsg
}

type LogEntry struct {
    Command interface{}
    Term    int
}

关键时序#

选举流程：

1. Follower 超时（没收到心跳）
2. 转变为 Candidate，currentTerm++，votedFor = me
3. 并行向所有节点发 RequestVote RPC
4. 如果收到多数票 → 成为 Leader
5. 立即发心跳，阻止其他节点发起选举

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日志复制流程：

1. 客户端发请求给 Leader
2. Leader 把操作追加到日志
3. 并行向所有 Follower 发 AppendEntries RPC
4. 当多数节点确认 → 更新 commitIndex
5. apply 线程把已提交的日志发给 applyCh

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实现顺序建议#

先实现 Make()，初始化所有字段
实现选举超时 goroutine
实现 RequestVote RPC（处理函数和发送函数）
实现心跳（空的 AppendEntries）
跑 2A 测试
实现完整的 AppendEntries（带日志复制）
实现 apply 线程
跑 2B 测试
实现 persist() 和 readPersist()
跑 2C 测试

本系列目录

Raft 解决什么问题#

三个核心概念#

节点的三种状态#

Lab 2 的三个部分#

Raft 结构体需要的字段#

关键时序#

实现顺序建议#

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