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

以下是你在知乎上的回答的伪原创版本，保持了原意和图片位置不变：

答：准确来说：election是timeout，而heartbeat 是interval，这样理解起来就很清晰了。

heartbeat interval 是leader安抚follower的时间，这个时间间隔在leader上体现，是leader发送心跳的周期（我每xxxx ms 进行一次心跳）。

election timeout 是follower能够容忍多久没有收到心跳而开始骚动的时间（我等你xxxx ms，如果你没来，我就起义）。

为了压制follower随时起义的骚动，heartbeat interval 通常设置得小于 election timeout。

楼主提到两个配置超时都会成为候选者，实际上，heartbeat interval/election timeout 是一个相互制约的拉锯。

想象一个刚初始化的集群，所有节点都是follower，没有heartbeat压制，各follower节点在election timeout之后开始骚动。如果一次选举周期内没有选出leader，很可能是由于选票分散，需要发起新的选举；为了缓解选票分散的情况，每个节点的election timeout骚动时间是随机的。在发生网络分区时，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 也发挥了作用。我们结合etcd的默认配置和源码来理解：

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

https://www.php.cn/link/70a3e3e59bc61c8eb7acfbba1073980c

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 ;

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becomeFollower, becomeCandidate, becomePreCandidate 都注册了（没有收到安抚而）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)
}

从上面的源码看出，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
}

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 是论文作者为了解决“分区后少数派leader重新加入集群，因为高term导致集群瞬间不稳定”而提出的方案，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)
    }
}

Prevote是一个典型的2PC协议，第一阶段先征求其他节点是否同意选举，如果同意选举则发起真正的选举操作，否则降为Follower角色。这样就避免了网络分区节点重新加入集群，触发不必要的选举操作。

https://www.php.cn/link/14318e2a43a225fc24ab55f3c0122cf0https://www.php.cn/link/9154498493d8e734d9c7489c2b6b26d7

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