opendaylight/md-sal/sal-akka-raft/src/main/java/org/opendaylight/controller/cluster/raft/behaviors/AbstractRaftActorBehavior.java

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2014 Cisco Systems, Inc. and others.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This program and the accompanying materials are made available under the
   5  * terms of the Eclipse Public License v1.0 which accompanies this distribution,
   6  * and is available at http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html
   7  */
   8
   9 package org.opendaylight.controller.cluster.raft.behaviors;
  10
  11 import akka.actor.ActorRef;
  12 import akka.actor.Cancellable;
  13 import com.google.common.base.Preconditions;
  14 import java.util.Random;
  15 import java.util.concurrent.TimeUnit;
  16 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.ClientRequestTracker;
  17 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.RaftActorContext;
  18 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.RaftState;
  19 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.ReplicatedLogEntry;
  20 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.SerializationUtils;
  21 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.base.messages.ApplyJournalEntries;
  22 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.base.messages.ApplyState;
  23 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.base.messages.ElectionTimeout;
  24 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.AppendEntries;
  25 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.AppendEntriesReply;
  26 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.RequestVote;
  27 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.RequestVoteReply;
  28 import org.opendaylight.yangtools.concepts.Identifier;
  29 import org.slf4j.Logger;
  30 import scala.concurrent.duration.FiniteDuration;
  31
  32 /**
  33  * Abstract class that represents the behavior of a RaftActor
  34  * <p/>
  35  * All Servers:
  36  * <ul>
  37  * <li> If commitIndex > lastApplied: increment lastApplied, apply
  38  * log[lastApplied] to state machine (§5.3)
  39  * <li> If RPC request or response contains term T > currentTerm:
  40  * set currentTerm = T, convert to follower (§5.1)
  41  */
  42 public abstract class AbstractRaftActorBehavior implements RaftActorBehavior {
  43     /**
  44      * Information about the RaftActor whose behavior this class represents
  45      */
  46     protected final RaftActorContext context;
  47
  48     /**
  49      *
  50      */
  51     protected final Logger LOG;
  52
  53     /**
  54      *
  55      */
  56     private Cancellable electionCancel = null;
  57
  58     private long replicatedToAllIndex = -1;
  59
  60     private final String logName;
  61
  62     private final RaftState state;
  63
  64     AbstractRaftActorBehavior(final RaftActorContext context, final RaftState state) {
  65         this.context = Preconditions.checkNotNull(context);
  66         this.state = Preconditions.checkNotNull(state);
  67         this.LOG = context.getLogger();
  68
  69         logName = String.format("%s (%s)", context.getId(), state);
  70     }
  71
  72     public static RaftActorBehavior createBehavior(final RaftActorContext context, final RaftState state) {
  73         switch (state) {
  74             case Candidate:
  75                 return new Candidate(context);
  76             case Follower:
  77                 return new Follower(context);
  78             case IsolatedLeader:
  79                 return new IsolatedLeader(context);
  80             case Leader:
  81                 return new Leader(context);
  82             default:
  83                 throw new IllegalArgumentException("Unhandled state " + state);
  84         }
  85     }
  86
  87     @Override
  88     public final RaftState state() {
  89         return state;
  90     }
  91
  92     protected final String logName() {
  93         return logName;
  94     }
  95
  96     @Override
  97     public void setReplicatedToAllIndex(long replicatedToAllIndex) {
  98         this.replicatedToAllIndex = replicatedToAllIndex;
  99     }
 100
 101     @Override
 102     public long getReplicatedToAllIndex() {
 103         return replicatedToAllIndex;
 104     }
 105
 106     /**
 107      * Derived classes should not directly handle AppendEntries messages it
 108      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 109      * the AppendEntries message and does the common actions that are applicable
 110      * in all RaftState's it will delegate the handling of the AppendEntries
 111      * message to the derived class to do more state specific handling by calling
 112      * this method
 113      *
 114      * @param sender         The actor that sent this message
 115      * @param appendEntries  The AppendEntries message
 116      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 117      */
 118     protected abstract RaftActorBehavior handleAppendEntries(ActorRef sender,
 119         AppendEntries appendEntries);
 120
 121
 122     /**
 123      * appendEntries first processes the AppendEntries message and then
 124      * delegates handling to a specific behavior
 125      *
 126      * @param sender
 127      * @param appendEntries
 128      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 129      */
 130     protected RaftActorBehavior appendEntries(ActorRef sender,
 131         AppendEntries appendEntries) {
 132
 133         // 1. Reply false if term < currentTerm (§5.1)
 134         if (appendEntries.getTerm() < currentTerm()) {
 135             if(LOG.isDebugEnabled()) {
 136                 LOG.debug("{}: Cannot append entries because sender term {} is less than {}",
 137                         logName(), appendEntries.getTerm(), currentTerm());
 138             }
 139
 140             sender.tell(
 141                 new AppendEntriesReply(context.getId(), currentTerm(), false,
 142                     lastIndex(), lastTerm(), context.getPayloadVersion()), actor()
 143             );
 144             return this;
 145         }
 146
 147
 148         return handleAppendEntries(sender, appendEntries);
 149     }
 150
 151     /**
 152      * Derived classes should not directly handle AppendEntriesReply messages it
 153      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 154      * the AppendEntriesReply message and does the common actions that are
 155      * applicable in all RaftState's it will delegate the handling of the
 156      * AppendEntriesReply message to the derived class to do more state specific
 157      * handling by calling this method
 158      *
 159      * @param sender             The actor that sent this message
 160      * @param appendEntriesReply The AppendEntriesReply message
 161      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 162      */
 163     protected abstract RaftActorBehavior handleAppendEntriesReply(ActorRef sender,
 164         AppendEntriesReply appendEntriesReply);
 165
 166     /**
 167      * requestVote handles the RequestVote message. This logic is common
 168      * for all behaviors
 169      *
 170      * @param sender
 171      * @param requestVote
 172      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 173      */
 174     protected RaftActorBehavior requestVote(ActorRef sender, RequestVote requestVote) {
 175
 176         LOG.debug("{}: In requestVote:  {}", logName(), requestVote);
 177
 178         boolean grantVote = canGrantVote(requestVote);
 179
 180         if(grantVote) {
 181             context.getTermInformation().updateAndPersist(requestVote.getTerm(), requestVote.getCandidateId());
 182         }
 183
 184         RequestVoteReply reply = new RequestVoteReply(currentTerm(), grantVote);
 185
 186         LOG.debug("{}: requestVote returning: {}", logName(), reply);
 187
 188         sender.tell(reply, actor());
 189
 190         return this;
 191     }
 192
 193     protected boolean canGrantVote(RequestVote requestVote){
 194         boolean grantVote = false;
 195
 196         //  Reply false if term < currentTerm (§5.1)
 197         if (requestVote.getTerm() < currentTerm()) {
 198             grantVote = false;
 199
 200             // If votedFor is null or candidateId, and candidate’s log is at
 201             // least as up-to-date as receiver’s log, grant vote (§5.2, §5.4)
 202         } else if (votedFor() == null || votedFor()
 203                 .equals(requestVote.getCandidateId())) {
 204
 205             boolean candidateLatest = false;
 206
 207             // From §5.4.1
 208             // Raft determines which of two logs is more up-to-date
 209             // by comparing the index and term of the last entries in the
 210             // logs. If the logs have last entries with different terms, then
 211             // the log with the later term is more up-to-date. If the logs
 212             // end with the same term, then whichever log is longer is
 213             // more up-to-date.
 214             if (requestVote.getLastLogTerm() > lastTerm()) {
 215                 candidateLatest = true;
 216             } else if ((requestVote.getLastLogTerm() == lastTerm())
 217                     && requestVote.getLastLogIndex() >= lastIndex()) {
 218                 candidateLatest = true;
 219             }
 220
 221             if (candidateLatest) {
 222                 grantVote = true;
 223             }
 224         }
 225         return grantVote;
 226     }
 227
 228     /**
 229      * Derived classes should not directly handle RequestVoteReply messages it
 230      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 231      * the RequestVoteReply message and does the common actions that are
 232      * applicable in all RaftState's it will delegate the handling of the
 233      * RequestVoteReply message to the derived class to do more state specific
 234      * handling by calling this method
 235      *
 236      * @param sender           The actor that sent this message
 237      * @param requestVoteReply The RequestVoteReply message
 238      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 239      */
 240     protected abstract RaftActorBehavior handleRequestVoteReply(ActorRef sender,
 241         RequestVoteReply requestVoteReply);
 242
 243     /**
 244      *
 245      * @return a random election duration
 246      */
 247     protected FiniteDuration electionDuration() {
 248         long variance = new Random().nextInt(context.getConfigParams().getElectionTimeVariance());
 249         return context.getConfigParams().getElectionTimeOutInterval().$plus(
 250                 new FiniteDuration(variance, TimeUnit.MILLISECONDS));
 251     }
 252
 253     /**
 254      * stop the scheduled election
 255      */
 256     protected void stopElection() {
 257         if (electionCancel != null && !electionCancel.isCancelled()) {
 258             electionCancel.cancel();
 259         }
 260     }
 261
 262     protected boolean canStartElection() {
 263         return context.getRaftPolicy().automaticElectionsEnabled() && context.isVotingMember();
 264     }
 265
 266     /**
 267      * schedule a new election
 268      *
 269      * @param interval the duration after which we should trigger a new election
 270      */
 271     protected void scheduleElection(FiniteDuration interval) {
 272         stopElection();
 273
 274         if(canStartElection()) {
 275             // Schedule an election. When the scheduler triggers an ElectionTimeout message is sent to itself
 276             electionCancel = context.getActorSystem().scheduler().scheduleOnce(interval, context.getActor(),
 277                     ElectionTimeout.INSTANCE, context.getActorSystem().dispatcher(), context.getActor());
 278         }
 279     }
 280
 281     /**
 282      * @return the current term
 283      */
 284     protected long currentTerm() {
 285         return context.getTermInformation().getCurrentTerm();
 286     }
 287
 288     /**
 289      * @return the candidate for whom we voted in the current term
 290      */
 291     protected String votedFor() {
 292         return context.getTermInformation().getVotedFor();
 293     }
 294
 295     /**
 296      * @return the actor associated with this behavior
 297      */
 298     protected ActorRef actor() {
 299         return context.getActor();
 300     }
 301
 302     /**
 303      *
 304      * @return the term from the last entry in the log
 305      */
 306     protected long lastTerm() {
 307         return context.getReplicatedLog().lastTerm();
 308     }
 309
 310     /**
 311      * @return the index from the last entry in the log
 312      */
 313     protected long lastIndex() {
 314         return context.getReplicatedLog().lastIndex();
 315     }
 316
 317     /**
 318      * @param logIndex
 319      * @return the client request tracker for the specified logIndex
 320      */
 321     protected ClientRequestTracker findClientRequestTracker(long logIndex) {
 322         return null;
 323     }
 324
 325     /**
 326      * @param logIndex
 327      * @return the client request tracker for the specified logIndex
 328      */
 329     protected ClientRequestTracker removeClientRequestTracker(long logIndex) {
 330         return null;
 331     }
 332
 333
 334     /**
 335      *
 336      * @return log index from the previous to last entry in the log
 337      */
 338     protected long prevLogIndex(long index){
 339         ReplicatedLogEntry prevEntry =
 340             context.getReplicatedLog().get(index - 1);
 341         if (prevEntry != null) {
 342             return prevEntry.getIndex();
 343         }
 344         return -1;
 345     }
 346
 347     /**
 348      * @return log term from the previous to last entry in the log
 349      */
 350     protected long prevLogTerm(long index){
 351         ReplicatedLogEntry prevEntry =
 352             context.getReplicatedLog().get(index - 1);
 353         if (prevEntry != null) {
 354             return prevEntry.getTerm();
 355         }
 356         return -1;
 357     }
 358
 359     /**
 360      * Apply the provided index to the state machine
 361      *
 362      * @param index a log index that is known to be committed
 363      */
 364     protected void applyLogToStateMachine(final long index) {
 365         long newLastApplied = context.getLastApplied();
 366         // Now maybe we apply to the state machine
 367         for (long i = context.getLastApplied() + 1; i < index + 1; i++) {
 368             final ActorRef clientActor;
 369             final Identifier identifier;
 370             final ClientRequestTracker tracker = removeClientRequestTracker(i);
 371             if (tracker != null) {
 372                 clientActor = tracker.getClientActor();
 373                 identifier = tracker.getIdentifier();
 374             } else {
 375                 clientActor = null;
 376                 identifier = null;
 377             }
 378
 379             ReplicatedLogEntry replicatedLogEntry = context.getReplicatedLog().get(i);
 380             if (replicatedLogEntry != null) {
 381                 // Send a local message to the local RaftActor (it's derived class to be
 382                 // specific to apply the log to it's index)
 383                 actor().tell(new ApplyState(clientActor, identifier, replicatedLogEntry), actor());
 384                 newLastApplied = i;
 385             } else {
 386                 //if one index is not present in the log, no point in looping
 387                 // around as the rest wont be present either
 388                 LOG.warn("{}: Missing index {} from log. Cannot apply state. Ignoring {} to {}",
 389                         logName(), i, i, index);
 390                 break;
 391             }
 392         }
 393         if(LOG.isDebugEnabled()) {
 394             LOG.debug("{}: Setting last applied to {}", logName(), newLastApplied);
 395         }
 396         context.setLastApplied(newLastApplied);
 397
 398         // send a message to persist a ApplyLogEntries marker message into akka's persistent journal
 399         // will be used during recovery
 400         //in case if the above code throws an error and this message is not sent, it would be fine
 401         // as the  append entries received later would initiate add this message to the journal
 402         actor().tell(new ApplyJournalEntries(context.getLastApplied()), actor());
 403     }
 404
 405     protected Object fromSerializableMessage(Object serializable){
 406         return SerializationUtils.fromSerializable(serializable);
 407     }
 408
 409     @Override
 410     public RaftActorBehavior handleMessage(ActorRef sender, Object message) {
 411         if (message instanceof AppendEntries) {
 412             return appendEntries(sender, (AppendEntries) message);
 413         } else if (message instanceof AppendEntriesReply) {
 414             return handleAppendEntriesReply(sender, (AppendEntriesReply) message);
 415         } else if (message instanceof RequestVote) {
 416             return requestVote(sender, (RequestVote) message);
 417         } else if (message instanceof RequestVoteReply) {
 418             return handleRequestVoteReply(sender, (RequestVoteReply) message);
 419         } else {
 420             return null;
 421         }
 422     }
 423
 424     @Override
 425     public RaftActorBehavior switchBehavior(RaftActorBehavior behavior) {
 426         return internalSwitchBehavior(behavior);
 427     }
 428
 429     protected RaftActorBehavior internalSwitchBehavior(RaftState newState) {
 430         if(context.getRaftPolicy().automaticElectionsEnabled()){
 431             return internalSwitchBehavior(createBehavior(context, newState));
 432         }
 433         return this;
 434     }
 435
 436     private RaftActorBehavior internalSwitchBehavior(RaftActorBehavior newBehavior) {
 437         LOG.info("{} :- Switching from behavior {} to {}", logName(), this.state(), newBehavior.state());
 438         try {
 439             close();
 440         } catch (Exception e) {
 441             LOG.error("{}: Failed to close behavior : {}", logName(), this.state(), e);
 442         }
 443         return newBehavior;
 444     }
 445
 446
 447     protected int getMajorityVoteCount(int numPeers) {
 448         // Votes are required from a majority of the peers including self.
 449         // The numMajority field therefore stores a calculated value
 450         // of the number of votes required for this candidate to win an
 451         // election based on it's known peers.
 452         // If a peer was added during normal operation and raft replicas
 453         // came to know about them then the new peer would also need to be
 454         // taken into consideration when calculating this value.
 455         // Here are some examples for what the numMajority would be for n
 456         // peers
 457         // 0 peers = 1 numMajority -: (0 + 1) / 2 + 1 = 1
 458         // 2 peers = 2 numMajority -: (2 + 1) / 2 + 1 = 2
 459         // 4 peers = 3 numMajority -: (4 + 1) / 2 + 1 = 3
 460
 461         int numMajority = 0;
 462         if (numPeers > 0) {
 463             int self = 1;
 464             numMajority = (numPeers + self) / 2 + 1;
 465         }
 466         return numMajority;
 467
 468     }
 469
 470
 471     /**
 472      * Performs a snapshot with no capture on the replicated log.
 473      * It clears the log from the supplied index or last-applied-1 which ever is minimum.
 474      *
 475      * @param snapshotCapturedIndex
 476      */
 477     protected void performSnapshotWithoutCapture(final long snapshotCapturedIndex) {
 478         long actualIndex = context.getSnapshotManager().trimLog(snapshotCapturedIndex);
 479
 480         if(actualIndex != -1){
 481             setReplicatedToAllIndex(actualIndex);
 482         }
 483     }
 484
 485     protected String getId(){
 486         return context.getId();
 487     }
 488 }