Raft Consensus Algorithm - Python Implementation

分散合意アルゴリズム”Raft”の基本機能をPythonでフルスクラッチ実装した （現在レプリケーション部分実装完了）

概要

分散システムにおいて複数のサーバが一貫した状態を保つための合意アルゴリズム「Raft」を、論文をベースに自力で実装しました。ソケット通信・マルチスレッドを用いて、複数プロセス間でのログレプリケーションと合意形成を実現しています。

実装した機能

• AppendEntries RPC によるログレプリケーション
• 過半数合意（Majority Consensus） に基づくコミット判定
• ステートマシン（SET / DELETE / GET 操作）
• TCP ソケット通信 によるプロセス間通信（マルチスレッド）
• テスト による全プロセスの状態一貫性検証

アーキテクチャ

• 3プロセス構成（リーダー1台 + フォロワー2台）
• localhost上でポート番号をプロセスIDとして使用（10001, 10002, 10003）
• JSON形式でメッセージをシリアライズ

使い方

自動テスト

テストはraft_test.pyを動かす

技術スタック

• Python 3（標準ライブラリのみ）
• socket - TCP通信
• threading - マルチスレッド処理
• json - メッセージシリアライズ

既知の課題と今後の改善

• リーダー選挙部分の実装
• class毎にファイル分けしたい
• もう少し良いテスト方法があるのでは？
• クラッシュリカバリー耐性のテストをしたい

未実装の機能

• リーダー選挙（Leader Election） - 現在はリーダーが固定
• タームの更新 - 現在はターム1で固定
• 永続化 - ログやステートのディスク保存
• 選挙タイムアウト - 現在は設定されていない

参考

• In Search of an Understandable Consensus Algorithm (Raft論文)