【Paxos】通俗理解版

前言

  摘自:https://www.zhihu.com/question/19787937

  Lamport为了讲述这个算法,假想了一个叫做Paxos的希腊城邦进行选举的情景,这个算法也是因此而得名。

  在他的假想中,这个城邦要采用民主提议和投票的方式选出一个最终的决议,但由于城邦的居民没有人愿意把全部时间和精力放在这种事情上,所以他们只能不定时的来参加提议,不定时来了解提议、投票进展,不定时的表达自己的投票意见。Paxos算法的目标就是让他们按照少数服从多数的方式,最终达成一致意见。

  Paxos算法的具体情况:

  1、在整个提议和投票过程中,主要的角色就是“提议者”(向“接受者”提出提议)和“接受者”(收到“提议者”的提议后,向“提议者”表达自己的意见)。

  2、整个算法的大致过程为:

    第一阶段:因为存在多个“提议者”,如果都提意见,那么“接受者”接受谁的不接受谁的?太混乱了。所以,要先明确哪个“提议者”是意见领袖有权提出提议,未来,“接受者”们就主要处理这个“提议者”的提议了(这样,也可以在提出提议时就尽量让意见统一,谋求尽早形成多数派)。

    第二阶段:由上阶段选出的意见领袖提出提议,“接受者”反馈意见。如果多数“接受者”接受了一个提议,那么提议就通过了。

  3、必须要了解的其他相关背景:

    1)怎么明确意见领袖呢?通过编号。每个“提议者”在第一阶段先报个号,谁的号大,谁就是意见领袖。如果不好理解,可以想象为贿选。每个提议者先拿着钞票贿赂一圈“接受者”,谁给的钱多,第二阶段“接受者”就听谁的。(注:这里和下文提到的“意见领袖”,并不是一个新的角色,而是代表在那一轮贿赂成功的“提议者”。所以,请把意见领袖理解为贿赂中胜出的“提议者”即可)

    2)有个跟选举常识不一样的地方,就是每个“提议者”不会执着于让自己的提议通过,而是每个“提议者”会执着于让提议尽快达成一致意见。所以,为了这个目标,如果“提议者”在贿选的时候,发现“接受者”已经接受过前面意见领袖的提议了,即便“提议者”贿选成功,也会默默的把自己的提议改为前面意见领袖的提议。所以一旦贿赂成功,胜出的“提议者”再提出提议,提议内容也是前面意见领袖的提议(这样,在谋求尽早形成多数派的路上,又前进了一步)。

    3)钱的多少很重要,如果钱少了,无论在第一还是第二阶段“接受者”都不会尿你,直接拒绝。

    4)上面2)中讲到,如果“提议者”在贿选时,发现前面已经有意见领袖的提议,那就将自己的提议默默改成前面意见领袖的提议。这里有一种情况,如果你是“提议者”,在贿赂的时候,“接受者1”跟你说“他见过的意见领袖的提议是方案1”,而“接受者2”跟你说“他见过的意见领袖提议是方案2”,你该怎么办?这时的原则也很简单,还是:钱的多少很重要!你判断一下是“接受者1”见过的意见领袖有钱,还是“接受者2”见过的意见领袖有钱?如何判断呢?因为“接受者”在被“提议者”贿赂的时候,自己会记下贿赂的金额。所以当你贿赂“接受者”时,一旦你给的贿赂多而胜出,“接受者”会告诉你两件事情:a.前任意见领袖的提议内容(如果有的话),b.前任意见领袖当时贿赂了多少钱。这样,再面对刚才的情景时,你只需要判断一下“接受者1”和“接受者2”告诉你的信息中,哪个意见领袖当时给的钱多,那你就默默的把自己的提议,改成那个意见领袖的提议。

    5)最后这一部分最有意思,但描述起来有点绕,如果不能一下子就理解可以先看后面的例子。在整个选举过程中,每个人谁先来谁后到,“接受者”什么时间能够接到“提议者”的信息,是完全不可控的。所以很可能一个意见领袖已经产生了,但是由于这个意见领袖的第二阶段刚刚开始,绝大部分“接受者”还没有收到这个意见领袖的提议。结果,这时突然冲进来了一个新的土豪“提议者”,那么这个土豪“提议者”也是有机会让自己的提议胜出的!这时就形成了一种博弈:

      a.上一个意见领袖要赶在土豪“提议者”贿赂到“接受者”前,赶到“接受者”面前让他接受自己的提议,否则会因为自己的之前贿赂的钱比土豪少而被拒绝。

      b.土豪“提议者”要赶在上一个意见领袖将提议传达给“接受者”前,贿赂到“接受者”,否则土豪“提议者”即便贿赂成功,也要默默的将自己的提议改为前任意见领袖的提议。这整个博弈的过程,最终就看这两个“提议者”谁的进展快了。但最终一定会有一个意见领袖,先得到多数“接受者”的认可,那他的提议就胜出了。

    4、总结+好啦,故事到这里基本讲述完了,咱们来总结一下,其实Paxos算法就下面这么几个原则:

      1)Paxos算法包括两个阶段:第一个阶段主要是贿选,还没有提出提议;第二个阶段主要根据第一阶段的结果,明确接受谁的提议,并明确提议的内容是什么(这个提议可能是贿选胜出“提议者”自己的提议,也可能是前任意见领袖的提议,具体是哪个提议,见下面第3点原则)。

      2)编号(贿赂金额)很重要,无论在哪个阶段,编号(贿赂金额)小的,都会被鄙视(被拒绝)。

      3)在第一阶段中,一旦“接受者”已经接受了之前意见领袖的提议,那后面再来找这个“接受者”的“提议者”,即便在贿赂中胜出,也要被洗脑,默默将自己的提议改为前任意见领袖的提议,然后他会在第二阶段提出该提议(也就是之前意见领袖的提议,以力争让大家的意见趋同)。如果“接受者”之前没有接受过任何提议,那贿选胜出的“提议者”就可以提出自己的提议了。

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