本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路

主从模式分布式系统

分布式系统中，一遍采用主从模式进行部署，如下图所示：

单点故障

通常分布式系统采用主从模式，就是一个主控机连接多个处理节点。主节点负责分发任务，从节点负责处理任务，当我们的主节点发生故障时，整个系统就瘫痪了。这就是单点故障。

单点故障（single point of failure），从英文字面上可以看到是单个点发生的故障，通常应用于计算机系统及网络。实际指的是单个点发生故障的时候会波及到整个系统或者网络，从而导致整个系统或者网络的瘫痪。这也是在设计IT基础设施时应避免的。

对应到上文，我们所说的服务注册与发现组件，如果我们引入的服务注册与发现组件出现了问题，则会导致系统乃至整个链路瘫痪，这是不可容忍的。需要采用新的方案解决此问题。

传统解决方案

传统的解决方案是采用一个备用节点，这个备用节点定期给当前主节点发送ping包，主节点收到ping包以后向备用节点发送回复ACK,当备用节点收到回复时就会认为当前主节点还活着，让他继续提供服务。

当主节点停止服务以后，这个时候备用节点收不到回复了，备用主节点认为主节点就宕机了，备用节点会代替主节点成为主节点，如下图： 

但是这种方案有个问题，如果仅仅是网络故障引起的ACK返回延时，这种方案就会面临着同时存在两个主节点的问题。

Consul中的Raft

Raft是一种基于Paxos的一致性算法。和Paxos相比，Raft的状态更少，算法更简单易懂。

Raft中的节点总是处于以下三种状态之一: follower、candidate或leader。所有的节点最初都是follower。在这种状态下，节点可以接受来自leader的日志条目并进行投票。如果在一段时间内没有收到条目，节点将自动提升到候选状态。在候选状态中，节点请求同级的选票。如果一个候选人获得了法定人数的选票，那么他就被提升为领袖。领导者必须接受新的日志条目，并将其复制给所有其他的追随者。此外，如果不能接受过时的读取，则还必须对leader执行所有查询。

Consul内部原理

我们可以通过如下的原理图来理解Consul的原理： 

首先Consul支持多数据中心，在上图中有两个DataCenter，他们通过Internet互联，同时请注意为了提高通信效率，只有Server节点才加入跨数据中心的通信。

在单个数据中心中，Consul分为Client和Server两种节点（所有的节点也被称为Agent），Server节点保存数据，Client负责健康检查及转发数据请求到Server。

Server节点有一个Leader和多个Follower，Leader节点会将数据同步到Follower，Server的数量推荐是3个或者 5个，在Leader挂掉的时候会启动选举机制产生一个新的 Leader。

集群内的Consul节点通过gossip协议（流言协议）维护成员关系，也就是说某个节点了解集群内现在还有哪些节点，这些节点是Client还是Server。

单个数据中心的流言协议同时使用TCP和UDP通信，并且都使用8301端口。跨数据中心的流言协议也同时使用TCP和UDP 通信，端口使用8302。

集群内数据的读写请求既可以直接发到Server，也可以通过Client使用RPC转发到Server，请求最终会到达Leader节点。

在允许数据轻微陈旧的情况下，读请求也可以在普通的Server节点完成，集群内数据的读写和复制都是通过TCP的8300端口完成。