Upload files to "src/server"

src/server/sharding.rs

@@ -0,0 +1,612 @@
+// src/server/sharding.rs
+//! Модуль шардинга с консистентным хэшированием и Raft протоколом
+//!
+//! Объединяет функционал шардинга и репликации с wait-free архитектурой
+//! и реализацией Raft консенсуса для работы в production.
+
+use std::collections::{HashMap, BTreeMap};
+use std::hash::{Hash, Hasher};
+use std::sync::Arc;
+use std::sync::atomic::{AtomicBool, AtomicU64, Ordering};
+use tokio::sync::mpsc;
+use tokio::time::{interval, Duration};
+use tokio::io::AsyncWriteExt;
+use serde::{Serialize, Deserialize};
+use siphasher::sip::SipHasher13;
+use dashmap::DashMap;
+
+use crate::common::Result;
+use crate::common::protocol;
+
+/// Состояния узла в Raft протоколе
+#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize, PartialEq)]
+pub enum RaftState {
+    Follower,
+    Candidate,
+    Leader,
+}
+
+/// Информация о Raft узле
+#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize)]
+pub struct RaftNode {
+    pub node_id: String,
+    pub address: String,
+    pub state: RaftState,
+    pub term: u64,
+    pub voted_for: Option<String>,
+    pub last_heartbeat: i64,
+}
+
+/// Информация о шард-узле с Raft
+#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize)]
+pub struct ShardNode {
+    pub node_id: String,
+    pub address: String,
+    pub capacity: u64,
+    pub used: u64,
+    pub collections: Vec<String>,
+    pub raft_info: RaftNode,
+}
+
+/// Состояние шардинга для коллекции
+#[derive(Debug, Clone)]
+pub struct CollectionSharding {
+    pub shard_key: String,
+    pub virtual_nodes: usize,
+    pub ring: BTreeMap<u64, String>, // consistent hash ring
+}
+
+/// События репликации
+#[derive(Debug, Serialize, Deserialize)]
+pub enum ReplicationEvent {
+    Command(protocol::Command),
+    SyncRequest,
+    Heartbeat,
+    RaftVoteRequest { term: u64, candidate_id: String },
+    RaftVoteResponse { term: u64, vote_granted: bool },
+    RaftAppendEntries { term: u64, leader_id: String },
+}
+
+/// Менеджер шардинга и репликации с Raft
+#[derive(Clone)]
+pub struct ShardingManager {
+    // Шардинг компоненты
+    nodes: Arc<DashMap<String, ShardNode>>, // Lock-free хранение узлов
+    collections: Arc<DashMap<String, CollectionSharding>>, // Lock-free хранение коллекций
+    virtual_nodes_per_node: usize,
+    
+    // Raft компоненты
+    current_term: Arc<AtomicU64>, // Текущий терм Raft
+    voted_for: Arc<DashMap<u64, String>>, // Голоса за термы
+    is_leader: Arc<AtomicBool>, // Флаг лидера
+    cluster_formed: Arc<AtomicBool>, // Флаг сформированности кластера
+    
+    // Репликация компоненты
+    replication_tx: Arc<mpsc::Sender<ReplicationEvent>>,
+    sequence_number: Arc<AtomicU64>,
+    replication_enabled: Arc<AtomicBool>,
+}
+
+impl ShardingManager {
+    /// Создание нового менеджера шардинга и репликации
+    pub fn new(virtual_nodes_per_node: usize, replication_enabled: bool) -> Self {
+        let (tx, rx) = mpsc::channel(1000); // Убрал ненужный mut
+        
+        let manager = Self {
+            nodes: Arc::new(DashMap::new()),
+            collections: Arc::new(DashMap::new()),
+            virtual_nodes_per_node,
+            current_term: Arc::new(AtomicU64::new(0)),
+            voted_for: Arc::new(DashMap::new()),
+            is_leader: Arc::new(AtomicBool::new(false)),
+            cluster_formed: Arc::new(AtomicBool::new(false)),
+            replication_tx: Arc::new(tx),
+            sequence_number: Arc::new(AtomicU64::new(0)),
+            replication_enabled: Arc::new(AtomicBool::new(replication_enabled)),
+        };
+        
+        // Запуск фоновой задачи обработки репликации и Raft
+        let manager_clone = manager.clone();
+        tokio::spawn(async move {
+            manager_clone.run_replication_loop(rx).await;
+        });
+        
+        manager
+    }
+
+    /// Фоновая задача обработки репликации и Raft
+    async fn run_replication_loop(self, mut rx: mpsc::Receiver<ReplicationEvent>) {
+        let mut heartbeat_interval = interval(Duration::from_millis(1000));
+        
+        loop {
+            tokio::select! {
+                Some(event) = rx.recv() => {
+                    self.handle_replication_event(event).await;
+                }
+                _ = heartbeat_interval.tick() => {
+                    // ИСПРАВЛЕНИЕ: Проверяем, что кластер сформирован перед отправкой heartbeat
+                    if self.is_leader.load(Ordering::SeqCst) && 
+                       self.replication_enabled.load(Ordering::SeqCst) &&
+                       self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+                        let _ = self.send_heartbeat().await;
+                    }
+                }
+            }
+        }
+    }
+
+    /// Обработка событий репликации
+    async fn handle_replication_event(&self, event: ReplicationEvent) {
+        if !self.replication_enabled.load(Ordering::SeqCst) {
+            return;
+        }
+        
+        match event {
+            ReplicationEvent::Command(cmd) => {
+                self.replicate_command(cmd).await;
+            }
+            ReplicationEvent::SyncRequest => {
+                self.sync_with_nodes().await;
+            }
+            ReplicationEvent::Heartbeat => {
+                let _ = self.send_heartbeat().await;
+            }
+            ReplicationEvent::RaftVoteRequest { term, candidate_id } => {
+                self.handle_vote_request(term, candidate_id).await;
+            }
+            ReplicationEvent::RaftVoteResponse { term, vote_granted } => {
+                self.handle_vote_response(term, vote_granted).await;
+            }
+            ReplicationEvent::RaftAppendEntries { term, leader_id } => {
+                self.handle_append_entries(term, leader_id).await;
+            }
+        }
+    }
+
+    /// Репликация команды на другие узлы
+    async fn replicate_command(&self, command: protocol::Command) {
+        let sequence = self.sequence_number.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
+        
+        for entry in self.nodes.iter() {
+            let node = entry.value();
+            // ИСПРАВЛЕНИЕ: Реплицируем на все узлы, кроме текущего лидера
+            if node.raft_info.state != RaftState::Leader {
+                let node_addr = node.address.clone();
+                let cmd_clone = command.clone();
+                let seq_clone = sequence;
+                
+                tokio::spawn(async move {
+                    if let Err(e) = Self::send_command_to_node(&node_addr, &cmd_clone, seq_clone).await {
+                        eprintln!("Failed to replicate to {}: {}", node_addr, e);
+                    }
+                });
+            }
+        }
+    }
+
+    /// Отправка команды на удаленный узел
+    async fn send_command_to_node(node: &str, command: &protocol::Command, sequence: u64) -> Result<()> {
+        let mut stream = match tokio::net::TcpStream::connect(node).await {
+            Ok(stream) => stream,
+            Err(e) => {
+                eprintln!("Failed to connect to {}: {}", node, e);
+                return Ok(());
+            }
+        };
+        
+        let message = protocol::ReplicationMessage {
+            sequence,
+            command: command.clone(),
+            timestamp: chrono::Utc::now().timestamp(),
+        };
+        
+        let bytes = protocol::serialize(&message)?;
+        
+        if let Err(e) = stream.write_all(&bytes).await {
+            eprintln!("Failed to send command to {}: {}", node, e);
+        }
+        
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Синхронизация с другими узлами
+    async fn sync_with_nodes(&self) {
+        println!("Starting sync with {} nodes", self.nodes.len());
+        for entry in self.nodes.iter() {
+            let node_addr = entry.value().address.clone();
+            tokio::spawn(async move {
+                if let Err(e) = Self::sync_with_node(&node_addr).await {
+                    eprintln!("Failed to sync with {}: {}", node_addr, e);
+                }
+            });
+        }
+    }
+
+    /// Синхронизация с удаленным узлом
+    async fn sync_with_node(_node: &str) -> Result<()> {
+        // TODO: Реализовать wait-free синхронизацию данных
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Отправка heartbeat
+    async fn send_heartbeat(&self) -> Result<()> {
+        for entry in self.nodes.iter() {
+            let node = entry.value();
+            // ИСПРАВЛЕНИЕ: Отправляем heartbeat только на follower узлы
+            if node.raft_info.state == RaftState::Follower {
+                let node_addr = node.address.clone();
+                tokio::spawn(async move {
+                    if let Err(e) = Self::send_heartbeat_to_node(&node_addr).await {
+                        eprintln!("Heartbeat failed for {}: {}", node_addr, e);
+                    }
+                });
+            }
+        }
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Отправка heartbeat на удаленный узел
+    async fn send_heartbeat_to_node(node: &str) -> Result<()> {
+        let mut stream = match tokio::net::TcpStream::connect(node).await {
+            Ok(stream) => stream,
+            Err(e) => {
+                eprintln!("Failed to connect to {} for heartbeat: {}", node, e);
+                return Ok(());
+            }
+        };
+        
+        let heartbeat = protocol::ReplicationMessage {
+            sequence: 0,
+            command: protocol::Command::CallProcedure { name: "heartbeat".to_string() },
+            timestamp: chrono::Utc::now().timestamp(),
+        };
+        
+        let bytes = protocol::serialize(&heartbeat)?;
+        
+        if let Err(e) = stream.write_all(&bytes).await {
+            eprintln!("Failed to send heartbeat to {}: {}", node, e);
+        }
+        
+        Ok(())
+    }
+
+    // Raft методы
+    /// Обработка запроса голоса
+    async fn handle_vote_request(&self, term: u64, candidate_id: String) {
+        let current_term = self.current_term.load(Ordering::SeqCst);
+        
+        if term > current_term {
+            self.current_term.store(term, Ordering::SeqCst);
+            self.voted_for.insert(term, candidate_id.clone());
+            // TODO: Отправить положительный ответ
+        }
+        // TODO: Отправить отрицательный ответ если условия не выполнены
+    }
+
+    /// Обработка ответа голоса
+    async fn handle_vote_response(&self, term: u64, vote_granted: bool) {
+        if vote_granted && term == self.current_term.load(Ordering::SeqCst) {
+            // TODO: Подсчитать голоса и перейти в лидеры при большинстве
+        }
+    }
+
+    /// Обработка AppendEntries RPC
+    async fn handle_append_entries(&self, term: u64, leader_id: String) {
+        let current_term = self.current_term.load(Ordering::SeqCst);
+        
+        if term >= current_term {
+            self.current_term.store(term, Ordering::SeqCst);
+            self.is_leader.store(false, Ordering::SeqCst);
+            // TODO: Обновить состояние follower
+        }
+    }
+
+    // Шардинг методы
+    /// Добавление шард-узла с Raft информацией
+    pub fn add_node(&self, node_id: String, address: String, capacity: u64) -> Result<()> {
+        let raft_node = RaftNode {
+            node_id: node_id.clone(),
+            address: address.clone(),
+            state: RaftState::Follower,
+            term: 0,
+            voted_for: None,
+            last_heartbeat: chrono::Utc::now().timestamp(),
+        };
+
+        let node = ShardNode {
+            node_id: node_id.clone(),
+            address,
+            capacity,
+            used: 0,
+            collections: Vec::new(),
+            raft_info: raft_node,
+        };
+
+        self.nodes.insert(node_id, node);
+        
+        // ИЗМЕНЕНИЕ: Проверяем сформированность кластера (минимум 3 узла для шардинга)
+        if self.nodes.len() >= 3 {
+            self.cluster_formed.store(true, Ordering::SeqCst);
+            println!("Cluster formed with {} nodes", self.nodes.len());
+        }
+        
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Удаление шард-узла
+    pub fn remove_node(&self, node_id: &str) -> Result<()> {
+        self.nodes.remove(node_id);
+        
+        // ИЗМЕНЕНИЕ: Проверяем сформированность кластера после удаления (минимум 3 узла)
+        if self.nodes.len() < 3 {
+            self.cluster_formed.store(false, Ordering::SeqCst);
+            self.is_leader.store(false, Ordering::SeqCst);
+        }
+        
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Настройка шардинга для коллекции
+    pub fn setup_collection_sharding(&self, collection: &str, shard_key: &str) -> Result<()> {
+        // Проверка наличия кластера перед настройкой шардинга
+        if !self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Err(crate::common::FutriixError::DatabaseError(
+                // ИЗМЕНЕНИЕ: Обновлено сообщение об ошибке
+                "Cannot setup sharding: cluster not formed. Need at least 3 nodes.".to_string()
+            ));
+        }
+
+        let sharding = CollectionSharding {
+            shard_key: shard_key.to_string(),
+            virtual_nodes: self.virtual_nodes_per_node,
+            ring: BTreeMap::new(),
+        };
+
+        self.collections.insert(collection.to_string(), sharding);
+        self.rebuild_ring(collection)?;
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Перестроение хэш-ринга для коллекции
+    fn rebuild_ring(&self, collection: &str) -> Result<()> {
+        if let Some(mut sharding) = self.collections.get_mut(collection) {
+            sharding.ring.clear();
+
+            for entry in self.nodes.iter() {
+                let node_id = entry.key();
+                for i in 0..sharding.virtual_nodes {
+                    let key = format!("{}-{}", node_id, i);
+                    let hash = self.hash_key(&key);
+                    sharding.ring.insert(hash, node_id.clone());
+                }
+            }
+        }
+
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Хэширование ключа
+    fn hash_key(&self, key: &str) -> u64 {
+        let mut hasher = SipHasher13::new();
+        key.hash(&mut hasher);
+        hasher.finish()
+    }
+
+    /// Поиск узла для ключа
+    pub fn find_node_for_key(&self, collection: &str, key_value: &str) -> Result<Option<String>> {
+        // Проверка наличия кластера перед поиском узла
+        if !self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Err(crate::common::FutriixError::DatabaseError(
+                // ИЗМЕНЕНИЕ: Обновлено сообщение об ошибке
+                "Cannot find node: cluster not formed. Need at least 3 nodes.".to_string()
+            ));
+        }
+
+        if let Some(sharding) = self.collections.get(collection) {
+            let key_hash = self.hash_key(key_value);
+
+            // Поиск в хэш-ринге (консистентное хэширование)
+            let mut range = sharding.ring.range(key_hash..);
+            if let Some((_, node_id)) = range.next() {
+                return Ok(Some(node_id.clone()));
+            }
+
+            // Если не найдено в верхней части ринга, берем первый узел
+            if let Some((_, node_id)) = sharding.ring.iter().next() {
+                return Ok(Some(node_id.clone()));
+            }
+        }
+
+        Ok(None)
+    }
+
+    /// Миграция шарда
+    pub fn migrate_shard(&self, collection: &str, from_node: &str, to_node: &str, shard_key: &str) -> Result<()> {
+        // Проверка наличия кластера перед миграцией
+        if !self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Err(crate::common::FutriixError::DatabaseError(
+                // ИЗМЕНЕНИЕ: Обновлено сообщение об ошибке
+                "Cannot migrate shard: cluster not formed. Need at least 3 nodes.".to_string()
+            ));
+        }
+
+        println!("Migrating shard for collection '{}' from {} to {} with key {}", 
+                collection, from_node, to_node, shard_key);
+        
+        self.rebuild_ring(collection)?;
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Ребалансировка кластера
+    pub fn rebalance_cluster(&self) -> Result<()> {
+        // Проверка наличия кластера перед ребалансировкой
+        if !self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Err(crate::common::FutriixError::DatabaseError(
+                // ИЗМЕНЕНИЕ: Обновлено сообщение об ошибке
+                "Cannot rebalance cluster: cluster not formed. Need at least 3 nodes.".to_string()
+            ));
+        }
+
+        println!("Rebalancing cluster with {} nodes", self.nodes.len());
+
+        // Перестраиваем все хэш-ринги
+        for mut entry in self.collections.iter_mut() {
+            let sharding = entry.value_mut();
+            sharding.ring.clear();
+            
+            for node_entry in self.nodes.iter() {
+                let node_id = node_entry.key();
+                for i in 0..sharding.virtual_nodes {
+                    let key = format!("{}-{}", node_id, i);
+                    let hash = self.hash_key(&key);
+                    sharding.ring.insert(hash, node_id.clone());
+                }
+            }
+        }
+
+        // Ребалансировка узлов кластера
+        self.rebalance_nodes()?;
+
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Ребалансировка узлов кластера
+    fn rebalance_nodes(&self) -> Result<()> {
+        println!("Rebalancing nodes in cluster...");
+        
+        // Рассчитываем среднюю загрузку
+        let total_capacity: u64 = self.nodes.iter().map(|entry| entry.value().capacity).sum();
+        let total_used: u64 = self.nodes.iter().map(|entry| entry.value().used).sum();
+        let avg_usage = if total_capacity > 0 { total_used as f64 / total_capacity as f64 } else { 0.0 };
+        
+        println!("Cluster usage: {:.2}% ({} / {})", avg_usage * 100.0, total_used, total_capacity);
+        
+        // TODO: Реализовать алгоритм ребалансировки узлов
+        // - Определить перегруженные и недогруженные узлы
+        // - Перераспределить данные между узлами
+        // - Обновить метаданные шардинга
+        
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Получение статуса кластера
+    pub fn get_cluster_status(&self) -> Result<protocol::ClusterStatus> {
+        let mut cluster_nodes = Vec::new();
+        let mut total_capacity = 0;
+        let mut total_used = 0;
+        let mut raft_nodes = Vec::new();
+
+        for entry in self.nodes.iter() {
+            let node = entry.value();
+            total_capacity += node.capacity;
+            total_used += node.used;
+
+            cluster_nodes.push(protocol::ShardInfo {
+                node_id: node.node_id.clone(),
+                address: node.address.clone(),
+                capacity: node.capacity,
+                used: node.used,
+                collections: node.collections.clone(),
+            });
+
+            raft_nodes.push(protocol::RaftNodeInfo {
+                node_id: node.node_id.clone(),
+                address: node.address.clone(),
+                state: match node.raft_info.state {
+                    RaftState::Leader => "leader".to_string(),
+                    RaftState::Follower => "follower".to_string(),
+                    RaftState::Candidate => "candidate".to_string(),
+                },
+                term: node.raft_info.term,
+                last_heartbeat: node.raft_info.last_heartbeat,
+            });
+        }
+
+        Ok(protocol::ClusterStatus {
+            nodes: cluster_nodes,
+            total_capacity,
+            total_used,
+            rebalance_needed: false,
+            cluster_formed: self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst),
+            leader_exists: self.is_leader.load(Ordering::SeqCst),
+            raft_nodes,
+        })
+    }
+
+    /// Получение списка Raft узлов
+    pub fn get_raft_nodes(&self) -> Vec<RaftNode> {
+        self.nodes.iter()
+            .map(|entry| entry.value().raft_info.clone())
+            .collect()
+    }
+
+    /// Проверка сформированности кластера
+    pub fn is_cluster_formed(&self) -> bool {
+        self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst)
+    }
+
+    /// Raft выборы - начало кампании
+    pub fn start_election(&self) -> Result<()> {
+        if !self.cluster_formed.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Err(crate::common::FutriixError::DatabaseError(
+                // ИЗМЕНЕНИЕ: Обновлено сообщение об ошибке
+                "Cluster not formed. Need at least 3 nodes.".to_string()
+            ));
+        }
+
+        let new_term = self.current_term.fetch_add(1, Ordering::SeqCst) + 1;
+        println!("Starting election for term {}", new_term);
+
+        // Переход в состояние candidate
+        self.is_leader.store(false, Ordering::SeqCst);
+        
+        // TODO: Реализовать полную логику Raft выборов
+        // - Отправка RequestVote RPC на другие узлы
+        // - Сбор голосов
+        // - Переход в состояние Leader при получении большинства
+
+        Ok(())
+    }
+
+    /// Отправка команды на репликацию
+    pub async fn replicate(&self, command: protocol::Command) -> Result<()> {
+        if !self.replication_enabled.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Ok(());
+        }
+        
+        self.replication_tx.send(ReplicationEvent::Command(command)).await
+            .map_err(|e| crate::common::FutriixError::ReplicationError(e.to_string()))
+    }
+
+    /// Запрос синхронизации с другими узлами
+    pub async fn request_sync(&self) -> Result<()> {
+        if !self.replication_enabled.load(Ordering::SeqCst) {
+            return Ok(());
+        }
+        
+        self.replication_tx.send(ReplicationEvent::SyncRequest).await
+            .map_err(|e| crate::common::FutriixError::ReplicationError(e.to_string()))
+    }
+
+    /// Получение списка узлов репликации
+    pub fn get_nodes(&self) -> Vec<ShardNode> {
+        self.nodes.iter()
+            .map(|entry| entry.value().clone())
+            .collect()
+    }
+
+    /// Получение текущего номера последовательности
+    pub fn get_sequence_number(&self) -> u64 {
+        self.sequence_number.load(Ordering::SeqCst)
+    }
+
+    /// Проверка, включена ли репликация
+    pub fn is_replication_enabled(&self) -> bool {
+        self.replication_enabled.load(Ordering::SeqCst)
+    }
+
+    /// Получение информации об узле
+    pub fn get_node(&self, node_id: &str) -> Option<ShardNode> {
+        self.nodes.get(node_id).map(|entry| entry.value().clone())
+    }
+}