Apache Ratis は、Apache 基金會が維持するオープンソースプロジェクトであり、分散システムにおける高可用性とデータの一貫性を実現するための共識アルゴリズムを提供します。この技術は、クラウドコンピューティングや大規模データ処理の分野で広く採用されており、特に Apache Ozone や Apache Kudu などのプロジェクトで重要な役割を果たしています。本記事では、Apache Ratis の技術的特徴、実裝方法、および実際の応用例を詳しく解説します。
Apache Ratis は、Raft アルゴリズムを基盤とした高可用性協議ライブラリです。このライブラリは、複數のノード間でデータの一貫性を保ちながら、システムの可用性を高めるための共識メカニズムを実裝します。Raft アルゴリズムは、Paxos の変種であり、リーダー選出、日誌の複製、およびレプリケーションの管理を効率的に行うことが特徴です。
Apache Ratis は、W アルゴリズム（Raft の変種）を採用し、以下の二段階プロセスで共識を達成します：
このプロセスにより、多數同意（Majority Commit） が保証され、リーダーが複數存在する可能性を排除します。また、ノードの障害や再起動後でも、日誌條目が安全に復元される仕組みが備わっています。
Apache Ratis は、TLS による通信暗號化や、リーダーの安全な切り替え機能を提供しています。これにより、ネットワークの不安定さやノードの故障にも対応し、システムの信頼性を高めます。
Apache Ratis は、日誌のスナップショット（Snapshot） を自動生成し、ストリームAPI（Streaming API） を提供しています。このストリームAPIは、ゼロコピー技術を採用し、伝統的なAPIに比べて性能が3倍以上向上しています。また、日誌條目にはデータとメタデータが含まれており、アプリケーションは必要に応じてデータを書き込むことができます。
Apache Ratis は、動的なメンバー変更（Membership Change） と多グループ（Multi-Group） のサポートを提供します。これにより、単一のノードが複數のグループに參加し、それぞれのグループでリーダーまたはフォロワーとして動作することが可能です。また、サーバー優先度（Server Priority） により、高優先度のノードがリーダーになる優先順位が設定できます。
Apache Ratis は、多様な一貫性モデル をサポートしています。例えば、多數同意（Majority Commit） は、多數のノードからの同意が必要であり、全同意（All Commit） はすべてのノードからの同意が必要です。また、Stale Read は、不可変データの場面で古いデータの読み込みを許可し、Watch Request は特定のノードの狀態変更を監視する機能を提供します。
Apache Ratis は、イベント駆動型アーキテクチャ を採用し、gRPC、Netty RPC、カスタムRPC などの多様なプロトコルをサポートしています。また、拡張可能なステートマシン（Packable State Machine） を提供し、アプリケーションはステートマシンインターフェースを定義することで、Matrix や DeltaMatrix などのデータ構造を実裝できます。
Apache Ratis は、以下のような応用例があります：
Apache Ratis は、分散システムにおける高可用性とデータの一貫性を実現するための強力なツールです。その柔軟性と拡張性により、さまざまなアプリケーションに適応可能です。実裝時には、設定の正確さとパフォーマンスの最適化に注意が必要です。Apache Ratis を活用することで、信頼性の高い分散システムの構築が可能になります。