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