备节点通过 etcd 竞选新的 Leader Key，具体是如何竞选呢

在 Patroni 集群中，备节点通过 etcd 的分布式锁机制（基于 Lease 和 CAS 操作）竞选 Leader Key，具体流程如下：

🔑 竞选 Leader Key 的核心机制

1. Leader Key 的存储结构

• Key 路径：/service/<cluster_name>/leader
• 存储内容：当前主节点的标识（如 {"host":"pg-node-1", "version":"3.0"}）
• 关键属性：
  • Lease ID：绑定租约（TTL），实现自动释放锁。
  • ModRevision：Key 的修改版本号（CAS 操作依据）。

2. 竞选流程

graph TD
    A[备节点尝试竞选] --> B{检查 Leader Key 是否存在？}
    B -- 不存在 --> C[创建 Leader Key<br>（携带 Lease ID）]
    B -- 存在 --> D{当前 Leader Key 是否已过期？}
    D -- 是 --> C
    D -- 否 --> E[放弃竞选]
    C --> F[CAS 写入操作]
    F -- 成功 --> G[成为新主]
    F -- 失败 --> H[竞选失败<br>等待重试]

3. 详细步骤拆解

1. 监听与续期检查
   所有 Patroni 节点持续监听 Leader Key 的变化（通过 etcd 的 Watch 机制）。

   • 主节点：定期续期（KeepAlive）绑定的 Lease，证明自己存活（默认每 ttl 秒续期一次，如 30 秒）。
   • 备节点：检测 Leader Key 的 Lease 是否过期（TTL 归零）。

2. 发起竞选请求
   当备节点检测到 Leader Key 不存在或 Lease 过期时，发起竞选：

   • 使用 CAS（Compare-And-Swap） 原子操作尝试创建/更新 Leader Key：

     etcdctl put /service/pg-cluster/leader '{"host":"pg-node-2"}' --lease=1234abc --prev-kv
     

   • 核心条件：
     • 若 Key 不存在，则直接创建；
     • 若 Key 存在，则检查其 ModRevision 是否与预期一致（确保未被其他节点修改）。

3. 竞选结果处理

   • 成功：CAS 操作成功写入，该节点成为新主，并：
     • 绑定新 Lease 并定期续期。
     • 更新 etcd 中集群拓扑状态。
   • 失败：CAS 操作被拒绝（其他节点已抢先竞选），则：
     • 放弃竞选，继续作为备节点。
     • 等待下一次检测周期（默认 10 秒）重试。

⚙️ 关键技术保障

1. 租约（Lease）机制

• 主节点通过 KeepAlive 定期刷新 Lease（如每 10 秒续期一次 30 秒 TTL）。
• 若续期失败（如 etcd 故障或网络中断）：
  • Lease 自动过期，Leader Key 被 etcd 自动删除 → 触发备节点竞选。

2. 原子操作（CAS）

• 通过 ModRevision 确保并发安全：
  • 多个备节点同时发起竞选时，仅有一个节点的 CAS 操作能成功（etcd 保证原子性）。
  • 失败节点收到 etcd 返回的当前最新 ModRevision，用于下次重试。

3. 故障切换时序

🛠️ 关键配置项（patroni.yml）

# Leader 锁配置
distributed_configuration_store:
  etcd3:
    hosts: [etcd-node-1:2379, etcd-node-2:2379]
ttl: 30           # Leader Key 的 TTL（秒）
loop_wait: 10     # 节点状态检查间隔（秒）
retry_timeout: 10 # 竞选失败的重试等待时间（秒）

💡 竞选的本质

• 非抢占式：备节点不会主动“抢夺” Leader Key，而是等待当前锁自然释放（TTL 过期）。
• 最终一致性：etcd 集群可能在选举期间短暂不可用，但 Raft 协议保证数据一致后，竞选结果必然正确。
• 零脑裂风险：CAS 操作确保同一时刻最多只有一个节点能持有 Leader Key。

✅ 总结：Patroni 通过 etcd 的 Lease 续期 + CAS 原子操作 实现安全的 Leader 竞选。这种机制在 etcd 主备切换后依然有效，只要 etcd 集群恢复，Patroni 即可自动恢复锁竞争与状态同步。