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.base.messages.ApplyState;
  21 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.base.messages.ElectionTimeout;
  22 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.AppendEntries;
  23 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.AppendEntriesReply;
  24 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.RequestVote;
  25 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.messages.RequestVoteReply;
  26 import org.opendaylight.controller.cluster.raft.persisted.ApplyJournalEntries;
  27 import org.slf4j.Logger;
  28 import scala.concurrent.duration.FiniteDuration;
  29
  30 /**
  31  * Abstract class that provides common code for a RaftActor behavior.
  32  */
  33 public abstract class AbstractRaftActorBehavior implements RaftActorBehavior {
  34     /**
  35      * Information about the RaftActor whose behavior this class represents.
  36      */
  37     protected final RaftActorContext context;
  38
  39     /**
  40      * Used for message logging.
  41      */
  42     protected final Logger log;
  43
  44     /**
  45      * Prepended to log messages to provide appropriate context.
  46      */
  47     private final String logName;
  48
  49     /**
  50      * The RaftState corresponding to his behavior.
  51      */
  52     private final RaftState state;
  53
  54     /**
  55      * Used to cancel a scheduled election.
  56      */
  57     private Cancellable electionCancel = null;
  58
  59     /**
  60      * The index of the last log entry that has been replicated to all raft peers.
  61      */
  62     private long replicatedToAllIndex = -1;
  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             case PreLeader:
  83                 return new PreLeader(context);
  84             default:
  85                 throw new IllegalArgumentException("Unhandled state " + state);
  86         }
  87     }
  88
  89     @Override
  90     public final RaftState state() {
  91         return state;
  92     }
  93
  94     protected final String logName() {
  95         return logName;
  96     }
  97
  98     @Override
  99     public void setReplicatedToAllIndex(long replicatedToAllIndex) {
 100         this.replicatedToAllIndex = replicatedToAllIndex;
 101     }
 102
 103     @Override
 104     public long getReplicatedToAllIndex() {
 105         return replicatedToAllIndex;
 106     }
 107
 108     /**
 109      * Derived classes should not directly handle AppendEntries messages it
 110      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 111      * the AppendEntries message and does the common actions that are applicable
 112      * in all RaftState's it will delegate the handling of the AppendEntries
 113      * message to the derived class to do more state specific handling by calling
 114      * this method
 115      *
 116      * @param sender         The actor that sent this message
 117      * @param appendEntries  The AppendEntries message
 118      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 119      */
 120     protected abstract RaftActorBehavior handleAppendEntries(ActorRef sender,
 121         AppendEntries appendEntries);
 122
 123     /**
 124      * Handles the common logic for the AppendEntries message and delegates handling to the derived class.
 125      *
 126      * @param sender the ActorRef that sent the message
 127      * @param appendEntries the message
 128      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 129      */
 130     protected RaftActorBehavior appendEntries(ActorRef sender, AppendEntries appendEntries) {
 131
 132         // 1. Reply false if term < currentTerm (§5.1)
 133         if (appendEntries.getTerm() < currentTerm()) {
 134             log.info("{}: Cannot append entries because sender's term {} is less than {}", logName(),
 135                     appendEntries.getTerm(), currentTerm());
 136
 137             sender.tell(new AppendEntriesReply(context.getId(), currentTerm(), false, lastIndex(), lastTerm(),
 138                     context.getPayloadVersion()), actor());
 139             return this;
 140         }
 141
 142
 143         return handleAppendEntries(sender, appendEntries);
 144     }
 145
 146     /**
 147      * Derived classes should not directly handle AppendEntriesReply messages it
 148      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 149      * the AppendEntriesReply message and does the common actions that are
 150      * applicable in all RaftState's it will delegate the handling of the
 151      * AppendEntriesReply message to the derived class to do more state specific
 152      * handling by calling this method
 153      *
 154      * @param sender             The actor that sent this message
 155      * @param appendEntriesReply The AppendEntriesReply message
 156      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 157      */
 158     protected abstract RaftActorBehavior handleAppendEntriesReply(ActorRef sender,
 159         AppendEntriesReply appendEntriesReply);
 160
 161     /**
 162      * Handles the logic for the RequestVote message that is common for all behaviors.
 163      *
 164      * @param sender the ActorRef that sent the message
 165      * @param requestVote the message
 166      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 167      */
 168     protected RaftActorBehavior requestVote(ActorRef sender, RequestVote requestVote) {
 169
 170         log.debug("{}: In requestVote:  {} - currentTerm: {}, votedFor: {}, lastIndex: {}, lastTerm: {}", logName(),
 171                 requestVote, currentTerm(), votedFor(), lastIndex(), lastTerm());
 172
 173         boolean grantVote = canGrantVote(requestVote);
 174
 175         if (grantVote) {
 176             context.getTermInformation().updateAndPersist(requestVote.getTerm(), requestVote.getCandidateId());
 177         }
 178
 179         RequestVoteReply reply = new RequestVoteReply(currentTerm(), grantVote);
 180
 181         log.debug("{}: requestVote returning: {}", logName(), reply);
 182
 183         sender.tell(reply, actor());
 184
 185         return this;
 186     }
 187
 188     protected boolean canGrantVote(RequestVote requestVote) {
 189         boolean grantVote = false;
 190
 191         //  Reply false if term < currentTerm (§5.1)
 192         if (requestVote.getTerm() < currentTerm()) {
 193             grantVote = false;
 194
 195             // If votedFor is null or candidateId, and candidate’s log is at
 196             // least as up-to-date as receiver’s log, grant vote (§5.2, §5.4)
 197         } else if (votedFor() == null || votedFor()
 198                 .equals(requestVote.getCandidateId())) {
 199
 200             boolean candidateLatest = false;
 201
 202             // From §5.4.1
 203             // Raft determines which of two logs is more up-to-date
 204             // by comparing the index and term of the last entries in the
 205             // logs. If the logs have last entries with different terms, then
 206             // the log with the later term is more up-to-date. If the logs
 207             // end with the same term, then whichever log is longer is
 208             // more up-to-date.
 209             if (requestVote.getLastLogTerm() > lastTerm()) {
 210                 candidateLatest = true;
 211             } else if (requestVote.getLastLogTerm() == lastTerm()
 212                     && requestVote.getLastLogIndex() >= lastIndex()) {
 213                 candidateLatest = true;
 214             }
 215
 216             if (candidateLatest) {
 217                 grantVote = true;
 218             }
 219         }
 220         return grantVote;
 221     }
 222
 223     /**
 224      * Derived classes should not directly handle RequestVoteReply messages it
 225      * should let the base class handle it first. Once the base class handles
 226      * the RequestVoteReply message and does the common actions that are
 227      * applicable in all RaftState's it will delegate the handling of the
 228      * RequestVoteReply message to the derived class to do more state specific
 229      * handling by calling this method
 230      *
 231      * @param sender           The actor that sent this message
 232      * @param requestVoteReply The RequestVoteReply message
 233      * @return a new behavior if it was changed or the current behavior
 234      */
 235     protected abstract RaftActorBehavior handleRequestVoteReply(ActorRef sender,
 236         RequestVoteReply requestVoteReply);
 237
 238     /**
 239      * Returns a duration for election with an additional variance for randomness.
 240      *
 241      * @return a random election duration
 242      */
 243     protected FiniteDuration electionDuration() {
 244         long variance = new Random().nextInt(context.getConfigParams().getElectionTimeVariance());
 245         return context.getConfigParams().getElectionTimeOutInterval().$plus(
 246                 new FiniteDuration(variance, TimeUnit.MILLISECONDS));
 247     }
 248
 249     /**
 250      * Stops the currently scheduled election.
 251      */
 252     protected void stopElection() {
 253         if (electionCancel != null && !electionCancel.isCancelled()) {
 254             electionCancel.cancel();
 255         }
 256     }
 257
 258     protected boolean canStartElection() {
 259         return context.getRaftPolicy().automaticElectionsEnabled() && context.isVotingMember();
 260     }
 261
 262     /**
 263      * Schedule a new election.
 264      *
 265      * @param interval the duration after which we should trigger a new election
 266      */
 267     protected void scheduleElection(FiniteDuration interval) {
 268         stopElection();
 269
 270         // Schedule an election. When the scheduler triggers an ElectionTimeout message is sent to itself
 271         electionCancel = context.getActorSystem().scheduler().scheduleOnce(interval, context.getActor(),
 272                 ElectionTimeout.INSTANCE, context.getActorSystem().dispatcher(), context.getActor());
 273     }
 274
 275     /**
 276      * Returns the current election term.
 277      *
 278      * @return the current term
 279      */
 280     protected long currentTerm() {
 281         return context.getTermInformation().getCurrentTerm();
 282     }
 283
 284     /**
 285      * Returns the id of the candidate that this server voted for in current term.
 286      *
 287      * @return the candidate for whom we voted in the current term
 288      */
 289     protected String votedFor() {
 290         return context.getTermInformation().getVotedFor();
 291     }
 292
 293     /**
 294      * Returns the actor associated with this behavior.
 295      *
 296      * @return the actor
 297      */
 298     protected ActorRef actor() {
 299         return context.getActor();
 300     }
 301
 302     /**
 303      * Returns the term of the last entry in the log.
 304      *
 305      * @return the term
 306      */
 307     protected long lastTerm() {
 308         return context.getReplicatedLog().lastTerm();
 309     }
 310
 311     /**
 312      * Returns the index of the last entry in the log.
 313      *
 314      * @return the index
 315      */
 316     protected long lastIndex() {
 317         return context.getReplicatedLog().lastIndex();
 318     }
 319
 320     /**
 321      * Removes and returns the ClientRequestTracker for the specified log index.
 322      * @param logIndex the log index
 323      * @return the ClientRequestTracker or null if none available
 324      */
 325     protected ClientRequestTracker removeClientRequestTracker(long logIndex) {
 326         return null;
 327     }
 328
 329     /**
 330      * Returns the actual index of the entry in replicated log for the given index or -1 if not found.
 331      *
 332      * @return the log entry index or -1 if not found
 333      */
 334     protected long getLogEntryIndex(long index) {
 335         if (index == context.getReplicatedLog().getSnapshotIndex()) {
 336             return context.getReplicatedLog().getSnapshotIndex();
 337         }
 338
 339         ReplicatedLogEntry entry = context.getReplicatedLog().get(index);
 340         if (entry != null) {
 341             return entry.getIndex();
 342         }
 343
 344         return -1;
 345     }
 346
 347     /**
 348      * Returns the actual term of the entry in replicated log for the given index or -1 if not found.
 349      *
 350      * @return the log entry term or -1 if not found
 351      */
 352     protected long getLogEntryTerm(long index) {
 353         if (index == context.getReplicatedLog().getSnapshotIndex()) {
 354             return context.getReplicatedLog().getSnapshotTerm();
 355         }
 356
 357         ReplicatedLogEntry entry = context.getReplicatedLog().get(index);
 358         if (entry != null) {
 359             return entry.getTerm();
 360         }
 361
 362         return -1;
 363     }
 364
 365     /**
 366      * Applies the log entries up to the specified index that is known to be committed to the state machine.
 367      *
 368      * @param index the log index
 369      */
 370     protected void applyLogToStateMachine(final long index) {
 371         // Now maybe we apply to the state machine
 372         for (long i = context.getLastApplied() + 1; i < index + 1; i++) {
 373
 374             ReplicatedLogEntry replicatedLogEntry = context.getReplicatedLog().get(i);
 375             if (replicatedLogEntry != null) {
 376                 // Send a local message to the local RaftActor (it's derived class to be
 377                 // specific to apply the log to it's index)
 378
 379                 final ApplyState applyState;
 380                 final ClientRequestTracker tracker = removeClientRequestTracker(i);
 381                 if (tracker != null) {
 382                     applyState = new ApplyState(tracker.getClientActor(), tracker.getIdentifier(), replicatedLogEntry);
 383                 } else {
 384                     applyState = new ApplyState(null, null, replicatedLogEntry);
 385                 }
 386
 387                 log.debug("{}: Setting last applied to {}", logName(), i);
 388
 389                 context.setLastApplied(i);
 390                 context.getApplyStateConsumer().accept(applyState);
 391             } else {
 392                 //if one index is not present in the log, no point in looping
 393                 // around as the rest wont be present either
 394                 log.warn("{}: Missing index {} from log. Cannot apply state. Ignoring {} to {}",
 395                         logName(), i, i, index);
 396                 break;
 397             }
 398         }
 399
 400         // send a message to persist a ApplyLogEntries marker message into akka's persistent journal
 401         // will be used during recovery
 402         //in case if the above code throws an error and this message is not sent, it would be fine
 403         // as the  append entries received later would initiate add this message to the journal
 404         actor().tell(new ApplyJournalEntries(context.getLastApplied()), actor());
 405     }
 406
 407     @Override
 408     public RaftActorBehavior handleMessage(ActorRef sender, Object message) {
 409         if (message instanceof AppendEntries) {
 410             return appendEntries(sender, (AppendEntries) message);
 411         } else if (message instanceof AppendEntriesReply) {
 412             return handleAppendEntriesReply(sender, (AppendEntriesReply) message);
 413         } else if (message instanceof RequestVote) {
 414             return requestVote(sender, (RequestVote) message);
 415         } else if (message instanceof RequestVoteReply) {
 416             return handleRequestVoteReply(sender, (RequestVoteReply) message);
 417         } else {
 418             return null;
 419         }
 420     }
 421
 422     @Override
 423     public RaftActorBehavior switchBehavior(RaftActorBehavior behavior) {
 424         return internalSwitchBehavior(behavior);
 425     }
 426
 427     protected RaftActorBehavior internalSwitchBehavior(RaftState newState) {
 428         return internalSwitchBehavior(createBehavior(context, newState));
 429     }
 430
 431     @SuppressWarnings("checkstyle:IllegalCatch")
 432     protected RaftActorBehavior internalSwitchBehavior(RaftActorBehavior newBehavior) {
 433         if (!context.getRaftPolicy().automaticElectionsEnabled()) {
 434             return this;
 435         }
 436
 437         log.info("{} :- Switching from behavior {} to {}, election term: {}", logName(), this.state(),
 438                 newBehavior.state(), context.getTermInformation().getCurrentTerm());
 439         try {
 440             close();
 441         } catch (RuntimeException e) {
 442             log.error("{}: Failed to close behavior : {}", logName(), this.state(), e);
 443         }
 444         return newBehavior;
 445     }
 446
 447
 448     protected int getMajorityVoteCount(int numPeers) {
 449         // Votes are required from a majority of the peers including self.
 450         // The numMajority field therefore stores a calculated value
 451         // of the number of votes required for this candidate to win an
 452         // election based on it's known peers.
 453         // If a peer was added during normal operation and raft replicas
 454         // came to know about them then the new peer would also need to be
 455         // taken into consideration when calculating this value.
 456         // Here are some examples for what the numMajority would be for n
 457         // peers
 458         // 0 peers = 1 numMajority -: (0 + 1) / 2 + 1 = 1
 459         // 2 peers = 2 numMajority -: (2 + 1) / 2 + 1 = 2
 460         // 4 peers = 3 numMajority -: (4 + 1) / 2 + 1 = 3
 461
 462         int numMajority = 0;
 463         if (numPeers > 0) {
 464             int self = 1;
 465             numMajority = (numPeers + self) / 2 + 1;
 466         }
 467         return numMajority;
 468
 469     }
 470
 471
 472     /**
 473      * Performs a snapshot with no capture on the replicated log. It clears the log from the supplied index or
 474      * lastApplied-1 which ever is minimum.
 475      *
 476      * @param snapshotCapturedIndex the index from which to clear
 477      */
 478     protected void performSnapshotWithoutCapture(final long snapshotCapturedIndex) {
 479         long actualIndex = context.getSnapshotManager().trimLog(snapshotCapturedIndex);
 480
 481         if (actualIndex != -1) {
 482             setReplicatedToAllIndex(actualIndex);
 483         }
 484     }
 485
 486     protected String getId() {
 487         return context.getId();
 488     }
 489 }