etcd 基础架构：Raft 共识、键值存储、Watch 与集群通信

etcd 是云原生架构中关键的分布式键值存储系统，其核心设计围绕 Raft 共识算法、键值存储模型、Watch 机制 以及 集群节点角色与通信 展开。理解这四大支柱，是构建高可用备份与蓝绿发布回滚策略的前提。

2.1 Raft 共识算法：分布式一致性的基石

Raft 是一种易于理解的分布式共识算法，etcd 使用它来保证集群中所有节点数据的一致性。Raft 将问题分解为三个子问题：领导者选举、日志复制 和 安全性。

• 领导者选举：集群启动或当前领导者故障时，节点通过超时机制发起选举，获得多数派投票的节点成为新的领导者（Leader）。
• 日志复制：所有写请求必须由 Leader 处理。Leader 将操作封装为日志条目，复制到所有跟随者（Follower）节点，当日志被多数节点持久化后，该条目才被视为已提交。
• 安全性：Raft 通过任期号（Term）和日志索引保证只有拥有最新日志的节点才能成为 Leader，防止已提交的数据被覆盖。

2.2 键值存储模型：有序的层级化数据

etcd 将数据组织为一个 扁平的键值空间，但支持 层级化键名（如 /service/backend/v1/config）。其核心特性包括：

• 有序存储：所有键按字典序排列，支持范围查询和前缀扫描。
• 版本化：每个键值对维护一个全局递增的修订号（Revision），用于实现 MVCC 和 Watch。
• 租约（Lease）：键可以绑定到租约，租约过期时所有关联键自动删除，常用于服务注册与心跳检测。
• 事务（Txn）：支持 if-then-else 事务，保证多个操作的原子性。

2.3 Watch 机制：事件驱动的实时变更捕获

Watch 是 etcd 实现 实时配置推送 和 服务发现 的核心机制。客户端可以向 etcd 注册对某个键或前缀的监听，当数据发生变化时，etcd 会推送事件通知。

• 事件类型：PUT（创建/更新）、DELETE（删除）。
• 流式推送：Watch 建立长连接，事件按顺序实时推送，支持断线重连和从指定 Revision 恢复。
• WithPrefix：监听某个前缀下的所有键，适合监控整个服务目录。
• WithProgressNotify：定期发送心跳通知，帮助客户端判断连接健康状态。

2.4 集群节点角色与通信

etcd 集群中的每个节点在 Raft 协议下扮演特定角色，节点间通过 gRPC 协议进行通信。

节点间通信使用 gRPC 协议，主要交互包括：

• 心跳（Heartbeat）：Leader 定期向 Follower 发送心跳，维持领导地位。
• 日志复制（AppendEntries）：Leader 将日志条目发送给 Follower，Follower 确认后持久化。
• 请求投票（RequestVote）：Candidate 在选举时向其他节点发送投票请求。
• 快照安装（Snapshot）：当 Follower 日志落后太多时，Leader 发送快照帮助其快速追赶。