在日常工作中，可能会遇到服务器故障的情况，这时就需要替换集群中的服务器。如果 遇到需要改变数据副本数的情况，则需要增加或移除集群中的服务器。总的来说，在日常工 作中，集群中的服务器数量是会发生变化的。

讲到这儿，也许你会问：“Raft 是共识算法，对集群成员进行变更时（比如增加 2 台服务器），会不会因为集群分裂，出现 2 个领导者呢？”

在我看来，的确会出现这个问题，因为 Raft 的领导者选举，建立在“大多数”的基础之 上，那么当成员变更时，集群成员发生了变化，就可能同时存在新旧配置的 2 个“大多数”，出现 2 个领导者，破坏了 Raft 集群的领导者唯一性，影响了集群的运行。

而关于成员变更，不仅是 Raft 算法中比较难理解的一部分，非常重要，也是 Raft 算法中 唯一被优化和改进的部分。比如，初实现成员变更的是联合共识（Joint Consensus）， 但这个方法实现起来难，后来 Raft 的作者就提出了一种改进后的方法，单节点变更 （single-server changes）。

今天除了了解成员变更问题的本质之外，还会讲一下如何通 过单节点变更的方法，解决成员变更的问题。学完本讲内容之后，你不仅能理解成员变更的 问题和单节点变更的原理，也能更好地理解 Raft 源码实现，掌握解决成员变更问题的方 法。

在开始今天内容之前，我先介绍一下“配置”这个词儿。因为常听到有人说，自己不理解 配置（Configuration）的含义，从而不知道如何理解论文中的成员变更。

的确，配置是成员变更中一个非常重要的概念，我建议你这么理解：它就是在说集群是哪些 节点组成的，是集群各节点地址信息的集合。比如节点 A、B、C 组成的集群，那么集群的 配置就是[A, B, C]集合。

理解了这一点之后，咱们先来看一道思考题。

假设我们有一个由节点 A、B、C 组成的 Raft 集群，现在我们需要增加数据副本数，增加 2 个副本（也就是增加 2 台服务器），扩展为由节点 A、B、C、D、E， 5 个节点组成的新集 群：

那么 Raft 算法是如何保障在集群配置变更时，集群能稳定运行，不出现 2 个领导者呢？带 着这个问题，我们正式进入今天的学习。

老话说得好，“认识问题，才能解决问题”。为了帮你更好地理解单节点变更的方法，我们 先来看一看，成员变更时，到底会出现什么样的问题？

成员变更的问题

在集群中进行成员变更的大风险是，可能会同时出现 2 个领导者。比如在进 行成员变更时，节点 A、B 和 C 之间发生了分区错误，节点 A、B 组成旧配置中的“大多 数”，也就是变更前的 3 节点集群中的“大多数”，那么这时的领导者（节点 A）依旧是 领导者。

另一方面，节点 C 和新节点 D、E 组成了新配置的“大多数”，也就是变更后的 5 节点集 群中的“大多数”，它们可能会选举出新的领导者（比如节点 C）。那么这时，就出现了同 时存在 2 个领导者的情况。

如果出现了 2 个领导者，那么就违背了“领导者的唯一性”的原则，进而影响到集群的稳 定运行。你要如何解决这个问题呢？

因为我们在启动集群时，配置是固定的，不存在成员变更，在这种情况下，Raft 的领导者 选举能保证只有一个领导者。也就是说，这时不会出现多个领导者的问题，那我可以先将集 群关闭再启动新集群啊。也就是先把节点 A、B、C 组成的集群关闭，然后再启动节点 A、 B、C、D、E 组成的新集群。

在我看来，这个方法不可行。 为什么呢？因为你每次变更都要重启集群，意味着在集群变 更期间服务不可用，肯定不行啊，太影响用户体验了。想象一下，你正在玩王者荣耀，时不 时弹出一个对话框通知你：系统升级，游戏暂停 3 分钟。这体验糟糕不糟糕？

既然这种方法影响用户体验，根本行不通，那到底怎样解决成员变更的问题呢？最常用的方 法就是单节点变更。

如何通过单节点变更解决成员变更的问题？

单节点变更，就是通过一次变更一个节点实现成员变更。 如果需要变更多个节点，那你需要 执行多次单节点变更。比如将 3 节点集群扩容为 5 节点集群，这时你需要执行 2 次单节点 变更，先将 3 节点集群变更为 4 节点集群，然后再将 4 节点集群变更为 5 节点集群，就像 下图的样子。

现在，让我们回到开篇的思考题，看看如何用单节点变更的方法，解决这个问题。为了演示 方便，我们假设节点 A 是领导者：

目前的集群配置为[A, B, C]，我们先向集群中加入节点 D，这意味着新配置为[A, B, C, D]。 成员变更，是通过这么两步实现的：

第一步，领导者（节点 A）向新节点（节点 D）同步数据；

第二步，领导者（节点 A）将新配置[A, B, C, D]作为一个日志项，复制到新配置中所有 节点（节点 A、B、C、D）上，然后将新配置的日志项提交到本地状态机，完成单节点 变更。

在变更完成后，现在的集群配置就是[A, B, C, D]，我们再向集群中加入节点 E，也就是说， 新配置为[A, B, C, D, E]。成员变更的步骤和上面类似：

第一步，领导者（节点 A）向新节点（节点 E）同步数据；

第二步，领导者（节点 A）将新配置[A, B, C, D, E]作为一个日志项，复制到新配置中的 所有节点（A、B、C、D、E）上，然后再将新配置的日志项提交到本地状态机，完成单 节点变更。

这样一来，我们就通过一次变更一个节点的方式，完成了成员变更，保证了集群中始终只有 一个领导者，而且集群也在稳定运行，持续提供服务

我想说的是，在正常情况下，不管旧的集群配置是怎么组成的，旧配置的“大多数”和新配 置的“大多数”都会有一个节点是重叠的。 也就是说，不会同时存在旧配置和新配置 2 个“大多数”：

从上图中你可以看到，不管集群是偶数节点，还是奇数节点，不管是增加节点，还是移除节 点，新旧配置的“大多数”都会存在重叠（图中的橙色节点）。

需要你注意的是，在分区错误、节点故障等情况下，如果我们并发执行单节点变更，那么就 可能出现一次单节点变更尚未完成，新的单节点变更又在执行，导致集群出现 2 个领导者 的情况。

如果你遇到这种情况，可以在领导者启动时，创建一个 NO_OP 日志项（也就是空日志 项），只有当领导者将 NO_OP 日志项提交后，再执行成员变更请求。这个解决办法，你 记住就可以了，可以自己在试着研究下