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