Raft一致性协议详解（C语言从零实现Raft算法实战教程）

为什么选择 C 语言实现？

C 语言性能高、控制力强，是构建底层系统（如数据库、消息队列）的理想选择。通过 C 语言实现 Raft，你不仅能深入理解协议细节，还能掌握系统编程的核心思想。

项目结构设计

我们先定义几个关键数据结构：

// raft.h#ifndef RAFT_H#define RAFT_H#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <time.h>typedef enum {    FOLLOWER,    CANDIDATE,    LEADER} raft_state_t;// 日志条目结构typedef struct {    int term;          // 任期    char command[256]; // 客户端命令} log_entry_t;// Raft 节点结构typedef struct {    int id;                    // 节点 ID    raft_state_t state;        // 当前状态    int current_term;          // 当前任期    int voted_for;             // 本轮投票给谁    log_entry_t *log;          // 日志数组    int log_len;               // 日志长度    int commit_index;          // 已提交索引    int last_applied;          // 最后应用索引    time_t last_heartbeat;     // 上次心跳时间（秒）} raft_node_t;// 初始化节点void raft_init(raft_node_t *node, int id);// 转换为候选人void become_candidate(raft_node_t *node);// 发送心跳（简化版）void send_heartbeat(raft_node_t *node);#endif

实现核心逻辑

下面我们实现初始化和状态转换函数：

// raft.c#include "raft.h"#include <unistd.h>void raft_init(raft_node_t *node, int id) {    node->id = id;    node->state = FOLLOWER;    node->current_term = 0;    node->voted_for = -1;    node->log = NULL;    node->log_len = 0;    node->commit_index = 0;    node->last_applied = 0;    node->last_heartbeat = time(NULL);}void become_candidate(raft_node_t *node) {    node->state = CANDIDATE;    node->current_term++;    node->voted_for = node->id;    printf("Node %d became CANDIDATE in term %d\n",            node->id, node->current_term);}void send_heartbeat(raft_node_t *node) {    if (node->state == LEADER) {        node->last_heartbeat = time(NULL);        printf("Leader %d sent heartbeat\n", node->id);    }}

模拟运行测试

创建一个简单的 main 函数来测试我们的 Raft 节点：

// main.c#include "raft.h"int main() {    raft_node_t node;    raft_init(&node, 1);    // 模拟超时，触发选举    sleep(2);    become_candidate(&node);    // 假设赢得选举    node.state = LEADER;    send_heartbeat(&node);    return 0;}

编译与运行

在终端执行以下命令：

gcc -o raft main.c raft.c./raft

下一步学习建议

本教程实现的是 Raft 的骨架。要构建完整系统，还需添加：
• 网络通信（如 TCP socket）
• 日志持久化
• 安全性规则（如 AppendEntries 一致性检查）
• 超时随机化以避免选举冲突

掌握 Raft一致性协议 是理解现代分布式数据库（如 etcd、TiDB）的关键。通过这个 C语言实现 项目，你不仅学会了 Raft 的基本原理，还锻炼了系统级编程能力。

关键词回顾：Raft算法、C语言实现、Raft一致性协议、分布式系统