Raft算法的安全属性及其对日志一致性和事务顺序性的保证

1. 安全属性

• Leader选举的一致性（Single Leader） 在任一给定时刻，Raft算法确保集群中最多只有一个领导者。如果同时有多个领导者尝试提交日志，集群中的节点将只跟随第一个与之通信的领导者。这种机制确保了事务处理的顺序性，即所有事务必须通过当前领导者提交，从而保证事务以相同的顺序被所有服务器复制。

• 领导者附带性（Leader Append-Only） 一旦领导者当选，它只会向其日志中追加新条目，从不会删除或重写旧条目。此属性确保了日志的线性增长，且所有节点上的日志不仅在长度上保持一致，内容也完全相同，从而维持了日志的一致性。

• 日志匹配（Log Matching） 如果不同日志中的两个条目位于同一索引且具有相同的任期号，那么这些条目将存储相同的数据。此外，始于相同索引且具有相同任期号的两个连续条目之前的所有条目也完全相同。此属性保证了所有领导者提交的日志一旦被其他节点接受，将永久保存，不被更新或删除。

• 状态机安全性（State Machine Safety） 如果某个日志条目在一个给定任期中被领导者提交，那么该日志条目必须出现在所有后续领导者状态机中的相同位置。这意味着一旦某个条目被提交，所有后续的领导者都将按照相同的顺序复制这些条目，确保所有服务器上的状态机最终达到相同的状态。

2. 如何保证日志的一致性和事务的顺序性

• 通过Leader选举的一致性与领导者附带性相结合 这两个属性确保了在任一任期中，所有领导者生成的日志条目仅能线性增长，并且所有领导者以相同的顺序处理客户端请求，从而在所有副本上重建相同的日志。

• 日志匹配属性的应用 通过利用日志匹配属性，Raft算法能够在一个领导者被选举后立即验证所有先前任期的日志条目。如果发现不匹配，现行领导者会强制从自己的日志中删除不匹配条目及其后的一切内容，直到找到匹配的条目位置。这样的过程保证了即使是刚恢复服务的节点也能快速同步至最新状态，并维持集群的一致性。

• 状态机安全性的强制执行 当集群成员成功复制某个条目时，领导者将该条目标记为已提交。此时，不仅该领导者将此条目应用于其状态机，所有后续的领导者也将重复这个过程，确保所有副本上的状态机最终一致地处理和反映相同的事务。

综上所述，Raft算法通过上述安全属性的实施，确保了分布式系统中日志的一致性和事务处理的顺序性，为系统的可靠性和可用性提供了坚实保障。