分布式系统中的 lease（租约）机制

编： lease 还是非常容易理解的一个概念，但是为了不全知识地图，还是有必要写一下。

简介

lease(租约) 机制在分布式系统中有着广泛的应用，比如：选举、分布式锁、维护缓存一致性等。其本质上是一种协调机制，使得在分布式环境中，让不同进程之间产生一种同步语义。

lease(租约)就是一种合约，各个参与者授予获得lease(租约)的实例在一段“期限”内拥有“特权”。在这个“期限”内，各个参与者都承认其“特权”。如果要延续这个期限，就需要“续约”。维持这个“期限”是否过期的判断条件可以是物理时钟、逻辑时钟也可以是版本号等信息，但是手段通常是“心跳”。“特权”的具体内容通常是软件逻辑预设好的，比如拥有写操作、成为主节点、持有某个资源等。

其组织结构可以是参与者之间直接连通，也可以通过一个“协调者”。

容错能力

由于 lease(租约) 拥有“期限”，可以非常好的容错网络异常。当“租期”内网络出现分区、异常，在“租期”内仍然不会影响进程的正常工作，只是不能进行“续租”而已，如果网络能在“租期”耗尽前恢复，则不会产生任何异常。

由于 lease(租约) 能够自动释放，可以很好的容错宕机问题，当获得 lease(租约) 的节点宕机后，“租期”耗尽时，自动释放，使得其他节点能够重新获取 lease(租约) 。

但是 lease(租约) 不能容忍 拜占庭式故障 ，根据上面的组织结构，如果获得 lease(租约) 的节点为拜占庭节点，会使得各个节点间数据产生不一致的情况。

时间流逝速度问题

多数 lease(租约) 的实现都是基于时间的，我们需要 假设各个节点上时间流逝速度是相同的，或者时间漂移的范围是有界的并且在计算“租期”时考虑上这个漂移上界 。在现实的 半同步网络 中，这一点很容易得到保证。

参数平衡

跟 lease(租约) 相关的参数有很多，多数没有什么规定，主要根据业务场景进行一些平衡。

• “租期”的长短。通常情况下都选取比较短的“租期”。如果获得“租约”的节点宕机时，“租期”较短时，能够快速使其他节点获得“租期”，使得失效时间很短。但是越短的“租期”，造成的“续约”成本更高。不过通常不太需要考虑“续约”的成本。
• 何时进行“续租”。在“租期”到达前多久开始“续租”，要考虑通讯耗时、不同节点间的时钟漂移等。

实践

在 Fault-tolerant and decentralized lease coordination for distributed systems 讲解了一种基于PAXSO算法的， 时钟漂移 有上界的 部分同步网络 的 lease(租约) 算法。

参考