7.3 快速恢复（Fast Backup）

在前面（7.1）介绍的日志恢复机制中，如果Log有冲突，Leader每次会回退一条Log条目。 这在许多场景下都没有问题。但是在某些现实的场景中，至少在Lab2的测试用例中，每次只回退一条Log条目会花费很长很长的时间。所以，现实的场景中，可能一个Follower关机了很长时间，错过了大量的AppendEntries消息。这时，Leader重启了。按照Raft论文中的图2，如果一个Leader重启了，它会将所有Follower的nextIndex设置为Leader本地Log记录的下一个槽位（7.1有说明）。所以，如果一个Follower关机并错过了1000条Log条目，Leader重启之后，需要每次通过一条RPC来回退一条Log条目来遍历1000条Follower错过的Log记录。这种情况在现实中并非不可能发生。在一些不正常的场景中，假设我们有5个服务器，有1个Leader，这个Leader和另一个Follower困在一个网络分区。但是这个Leader并不知道它已经不再是Leader了。它还是会向它唯一的Follower发送AppendEntries，因为这里没有过半服务器，所以没有一条Log会commit。在另一个有多数服务器的网络分区中，系统选出了新的Leader并继续运行。旧的Leader和它的Follower可能会记录无限多的旧的任期的未commit的Log。当旧的Leader和它的Follower重新加入到集群中时，这些Log需要被删除并覆盖。可能在现实中，这不是那么容易发生，但是你会在Lab2的测试用例中发现这个场景。

所以，为了能够更快的恢复日志，Raft论文在论文的5.3结尾处，对一种方法有一些模糊的描述。原文有些晦涩，在这里我会以一种更好的方式尝试解释论文中有关快速恢复的方法。这里的大致思想是，让Follower返回足够的信息给Leader，这样Leader可以以任期（Term）为单位来回退，而不用每次只回退一条Log条目。所以现在，在恢复Follower的Log时，如果Leader和Follower的Log不匹配，Leader只需要对每个不同的任期发送一条AppendEntries，而不用对每个不同的Log条目发送一条AppendEntries。这只是一种加速策略，当然，或许你也可以想出许多其他不同的日志恢复加速策略。

我将可能出现的场景分成3类，为了简化，这里只画出一个Leader（S2）和一个Follower（S1），S2将要发送一条任期号为6的AppendEntries消息给Follower。

• 场景1：S1没有任期6的任何Log，因此我们需要回退一整个任期的Log。

• 场景2：S1收到了任期4的旧Leader的多条Log，但是作为新Leader，S2只收到了一条任期4的Log。所以这里，我们需要覆盖S1中有关旧Leader的一些Log。

• 场景3：S1与S2的Log不冲突，但是S1缺失了部分S2中的Log。

可以让Follower在回复Leader的AppendEntries消息中，携带3个额外的信息，来加速日志的恢复。这里的回复是指，Follower因为Log信息不匹配，拒绝了Leader的AppendEntries之后的回复。这里的三个信息是指：

• XTerm：这个是Follower中与Leader冲突的Log对应的任期号。在之前（7.1）有介绍Leader会在prevLogTerm中带上本地Log记录中，前一条Log的任期号。如果Follower在对应位置的任期号不匹配，它会拒绝Leader的AppendEntries消息，并将自己的任期号放在XTerm中。如果Follower在对应位置没有Log，那么这里会返回 -1。

• XIndex：这个是Follower中，对应任期号为XTerm的第一条Log条目的槽位号。

• XLen：如果Follower在对应位置没有Log，那么XTerm会返回-1，XLen表示空白的Log槽位数。

我们再来看这些信息是如何在上面3个场景中，帮助Leader快速回退到适当的Log条目位置。

• 场景1。Follower（S1）会返回XTerm=5，XIndex=2。Leader（S2）发现自己没有任期5的日志，它会将自己本地记录的，S1的nextIndex设置到XIndex，也就是S1中，任期5的第一条Log对应的槽位号。所以，如果Leader完全没有XTerm的任何Log，那么它应该回退到XIndex对应的位置（这样，Leader发出的下一条AppendEntries就可以一次覆盖S1中所有XTerm对应的Log）。

• 场景2。Follower（S1）会返回XTerm=4，XIndex=1。Leader（S2）发现自己其实有任期4的日志，它会将自己本地记录的S1的nextIndex设置到本地在XTerm位置的Log条目后面，也就是槽位2。下一次Leader发出下一条AppendEntries时，就可以一次覆盖S1中槽位2和槽位3对应的Log。

• 场景3。Follower（S1）会返回XTerm=-1，XLen=2。这表示S1中日志太短了，以至于在冲突的位置没有Log条目，Leader应该回退到Follower最后一条Log条目的下一条，也就是槽位2，并从这开始发送AppendEntries消息。槽位2可以从XLen中的数值计算得到。

这些信息在Lab中会有用，如果你错过了我的描述，你可以再看看视频（Robert教授说的）。

对于这里的快速回退机制有什么问题吗？

学生提问：这里是线性查找，可以使用类似二分查找的方法进一步加速吗？

Robert教授：我认为这是对的，或许这里可以用二分查找法。我没有排除其他方法的可能，我的意思是，Raft论文中并没有详细说明是怎么做的，所以我这里加工了一下。或许有更好，更快的方式来完成。如果Follower返回了更多的信息，那是可以用一些更高级的方法，例如二分查找，来完成。

为了通过Lab2的测试，你肯定需要做一些优化工作。我们提供的Lab2的测试用例中，有一件不幸但是不可避免的事情是，它们需要一些实时特性。这些测试用例不会永远等待你的代码执行完成并生成结果。所以有可能你的方法技术上是对的，但是花了太多时间导致测试用例退出。这个时候，你是不能通过全部的测试用例的。因此你的确需要关注性能，从而使得你的方案即是正确的，又有足够的性能。不幸的是，性能与Log的复杂度相关，所以很容易就写出一个正确但是不够快的方法出来。

学生提问：能在解释一下这里的流程吗？

Robert教授：这里，Leader发现冲突的方法在于，Follower会返回它从冲突条目中看到的任期号（XTerm）。在场景1中，Follower会设置XTerm=5，因为这是有冲突的Log条目对应的任期号。Leader会发现，哦，我的Log中没有任期5的条目。因此，在场景1中，Leader会一次性回退到Follower在任期5的起始位置。因为Leader并没有任何任期5的Log，所以它要删掉Follower中所有任期5的Log，这通过回退到Follower在任期5的第一条Log条目的位置，也就是XIndex达到的。