如何理解Gossip協(xié)議-創(chuàng)新互聯(lián)

如何理解Gossip 協(xié)議，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

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Gossip protocol 也叫 Epidemic Protocol （流行病協(xié)議）。

原本用于分布式數(shù)據(jù)庫中節(jié)點同步數(shù)據(jù)使用，后被廣泛用于數(shù)據(jù)庫復制、信息擴散、集群成員身份確認、故障探測等。

Gossip協(xié)議是基于六度分隔理論（Six Degrees of Separation）哲學的體現(xiàn)，簡單的來說，一個人通過6個中間人可以認識世界任何人。數(shù)學公式是：

n表示復雜度，N表示人的總數(shù)，W表示每個人的聯(lián)系寬度。依據(jù)鄧巴數(shù)，即每個人認識150人，其六度就是1506 ＝11,390,625,000,000（約11.4萬億）。

基于六度分隔理論，任何信息的傳播其實非常迅速，而且網(wǎng)絡交互次數(shù)不會很多。比如Facebook在2016年2月4號做了一個實驗：研究了當時已注冊的15.9億使用者資料，發(fā)現(xiàn)這個神奇數(shù)字的“網(wǎng)絡直徑”是4.57，翻成白話文意味著每個人與其他人間隔為4.57人。

-     原理     -

Gossip協(xié)議執(zhí)行過程：

• 種子節(jié)點周期性的散播消息 【假定把周期限定為 1 秒】。

• 被感染節(jié)點隨機選擇N個鄰接節(jié)點散播消息【假定fan-out(扇出)設置為6，每次最多往6個節(jié)點散播】。

• 節(jié)點只接收消息不反饋結果。

• 每次散播消息都選擇尚未發(fā)送過的節(jié)點進行散播。

• 收到消息的節(jié)點不再往發(fā)送節(jié)點散播：A -> B，那么B進行散播的時候，不再發(fā)給 A。

Goosip 協(xié)議的信息傳播和擴散通常需要由種子節(jié)點發(fā)起。整個傳播過程可能需要一定的時間，由于不能保證某個時刻所有節(jié)點都收到消息，但是理論上最終所有節(jié)點都會收到消息，因此它是一個最終一致性協(xié)議。

Gossip協(xié)議是一個多主協(xié)議，所有寫操作可以由不同節(jié)點發(fā)起，并且同步給其他副本。Gossip內(nèi)組成的網(wǎng)絡節(jié)點都是對等節(jié)點，是非結構化網(wǎng)絡。

-     消息類型     -

Gossip 協(xié)議的消息傳播方式有兩種：Anti-Entropy(反熵傳播)和Rumor-Mongering(謠言傳播)。

反熵傳播是以固定的概率傳播所有的數(shù)據(jù)。所有參與節(jié)點只有兩種狀態(tài)：Suspective(病原)、Infective(感染)。這種節(jié)點狀態(tài)又叫做simple epidemics(SI model)。過程是種子節(jié)點會把所有的數(shù)據(jù)都跟其他節(jié)點共享，以便消除節(jié)點之間數(shù)據(jù)的任何不一致，它可以保證最終、完全的一致。缺點是消息數(shù)量非常龐大，且無限制；通常只用于新加入節(jié)點的數(shù)據(jù)初始化。

謠言傳播是以固定的概率僅傳播新到達的數(shù)據(jù)。所有參與節(jié)點有三種狀態(tài)：Suspective(病原)、Infective(感染)、Removed(愈除)。這種節(jié)點狀態(tài)又叫做complex epidemics(SIR model)。過程是消息只包含最新 update，謠言消息在某個時間點之后會被標記為 removed，并且不再被傳播。缺點是系統(tǒng)有一定的概率會不一致，通常用于節(jié)點間數(shù)據(jù)增量同步。

-     通信方式     -

Gossip 協(xié)議最終目的是將數(shù)據(jù)分發(fā)到網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點。根據(jù)不同的具體應用場景，網(wǎng)絡中兩個節(jié)點之間存在三種通信方式：推送模式、拉取模式、Push/Pull。

• Push: 節(jié)點 A 將數(shù)據(jù) (key,value,version) 及對應的版本號推送給 B 節(jié)點，B 節(jié)點更新 A 中比自己新的數(shù)據(jù)

• Pull：A 僅將數(shù)據(jù) key, version 推送給 B，B 將本地比 A 新的數(shù)據(jù)（Key, value, version）推送給 A，A 更新本地

• Push/Pull：與 Pull 類似，只是多了一步，A 再將本地比 B 新的數(shù)據(jù)推送給 B，B 則更新本地

如果把兩個節(jié)點數(shù)據(jù)同步一次定義為一個周期，則在一個周期內(nèi)，Push 需通信 1 次，Pull 需 2 次，Push/Pull 則需 3 次。雖然消息數(shù)增加了，但從效果上來講，Push/Pull 最好，理論上一個周期內(nèi)可以使兩個節(jié)點完全一致。直觀上，Push/Pull 的收斂速度也是最快的。

-     總結     -

綜上所述，我們可以得出Gossip是一種去中心化的分布式協(xié)議，數(shù)據(jù)通過節(jié)點像病毒一樣逐個傳播。因為是指數(shù)級傳播，整體傳播速度非常快，很像現(xiàn)在美國失控的2019-nCoV(新冠)一樣。它具備以下優(yōu)勢：

• 擴展性：允許節(jié)點的任意增加和減少，新增節(jié)點的狀態(tài) 最終會與其他節(jié)點一致。

• 容錯：任意節(jié)點的宕機和重啟都不會影響 Gossip 消息的傳播，具有天然的分布式系統(tǒng)容錯特性。

• 去中心化：無需中心節(jié)點，所有節(jié)點都是對等的，任意節(jié)點無需知道整個網(wǎng)絡狀況，只要網(wǎng)絡連通，任意節(jié)點可把消息散播到全網(wǎng)。

• 一致性收斂：消息會以“一傳十的指數(shù)級速度”在網(wǎng)絡中傳播，因此系統(tǒng)狀態(tài)的不一致可以在很快的時間內(nèi)收斂到一致。消息傳播速度達到了 logN。

• 簡單

同樣也存在以下缺點：

• 消息延遲：節(jié)點隨機向少數(shù)幾個節(jié)點發(fā)送消息，消息最終是通過多個輪次的散播而到達全網(wǎng)；不可避免的造成消息延遲。

• 消息冗余：節(jié)點定期隨機選擇周圍節(jié)點發(fā)送消息，而收到消息的節(jié)點也會重復該步驟；不可避免的引起同一節(jié)點消息多次接收，增加消息處理壓力。

Gossip協(xié)議由于以上的優(yōu)缺點，所以適合于AP場景的數(shù)據(jù)一致性處理，常見應用有：P2P網(wǎng)絡通信、Apache Cassandra、Redis Cluster、Consul。

看完上述內(nèi)容，你們掌握如何理解Gossip 協(xié)議的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內(nèi)容，歡迎關注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設公司行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！

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