Zookeeper的Leader選舉流程

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一、Zookeeper集群

Zookeeper可以配置多個實例共同構(gòu)成一個集群對外提供服務(wù)以達(dá)到水平擴展的目的，每個服務(wù)器上的數(shù)據(jù)都是相同的，每一個服務(wù)器均可以對外提供讀和寫的服務(wù)，這點和Redis是相同的，即對客戶端來說每個服務(wù)器都是平等的。

在集群中，需要一個Leader來完成處理事務(wù)，協(xié)調(diào)Zookeeper中的其他節(jié)點等工作，接下來就來介紹Zookeeper集群是如何選擇出一個Leader節(jié)點的。

1. ZK集群中服務(wù)器的狀態(tài)

Zookeeper集群中服務(wù)器被劃分為以下四種狀態(tài)

• LOOKING：尋找Leader狀態(tài)。處于該狀態(tài)的服務(wù)器會認(rèn)為集群中沒有Leader，需要進(jìn)行Leader選舉；

• FOLLOWING：跟隨著狀態(tài)，說明當(dāng)前服務(wù)器角色為Follower；

• LEADING：領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)，表明當(dāng)前服務(wù)器角色為Leader；

• OBSERVING：觀察者狀態(tài)，表明當(dāng)前服務(wù)器角色為Observer。

2. 選票信息

每個選票中包含四個最基本的信息，服務(wù)器的ID，數(shù)據(jù)ID，邏輯時鐘以及選舉狀態(tài)：

• 服務(wù)器ID：即myId，服務(wù)器的唯一標(biāo)識，編號越大在選擇算法中的權(quán)重越大；

• 數(shù)據(jù)ID：服務(wù)器中存放的最大數(shù)據(jù)ID，值越大說明數(shù)據(jù)越新，在選舉算法中數(shù)據(jù)新權(quán)重越大；

• 邏輯時鐘：Epoch，邏輯時鐘，或者叫投票次數(shù)，同一輪投票過程時鐘值是相同的，每投完一次票這個數(shù)據(jù)就會增加，然后與接收到的其他服務(wù)器返回的投票信息中的數(shù)值相比，根據(jù)不同的值做出不同的判斷；

• 選舉狀態(tài)：即上文提到的四種狀態(tài)。

3. Leader選舉的觸發(fā)時機

• 集群啟動，這個時候需要選舉出新的Leader；

• Leader服務(wù)器宕機；

• Follow服務(wù)器宕機后，Leader服務(wù)器發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)沒有過半的Follow跟隨自己了，不能對外提供服務(wù)（領(lǐng)導(dǎo)者選舉）。

二、Leader的選舉流程

1. 服務(wù)器啟動時期的Leader選舉

假設(shè)想在的有三臺機器搭建集群，在集群初始化階段，當(dāng)只有一個服務(wù)器（Server1）啟動時，無法完成Leader的選舉；當(dāng)?shù)诙_服務(wù)器（Server2）啟動后，兩臺機器開始互相通信，每臺機器都會嘗試去選舉Leader，于是進(jìn)入了Leader選舉過程，這個過程大概如下：

1. 每個Server發(fā)出一個投票投給自己。在初始情況下，Server1和Server2都會將自己作為Leader，將票投給自己。每次投票會包含所推舉的服務(wù)器的myid和ZXID，使用（myid，ZXID）來表示，此時Server1的投票為(1, 0)，Server2的投票為(2, 0)，然后各自將這個投票發(fā)給集群中的其他機器；

2. 接受來自各個服務(wù)器的投票。集群的每個服務(wù)器收到投票后，首先判斷該投票是否有效，如檢查是否是本輪投票、是否來自LOOKING狀態(tài)的服務(wù)器；

3. 處理投票。針對每一個投票，服務(wù)器都需要將別人的投票和自己的投票進(jìn)行PK，PK的規(guī)則如下：

   對于Server1而言，它的投票是(1, 0)，接收Server2的投票為(2, 0)，首先會比較兩者的ZXID，均為0，再比較myid，此時Server2的myid最大，于是更新自己的投票為(2, 0)，然后重新投票，對于Server2而言，其無須更新自己的投票，只是再次向集群中所有機器發(fā)出上一次投票信息即可。

1. 優(yōu)先檢查ZXID。ZXID比較大的服務(wù)器優(yōu)先作為Leader；

2. 如果ZXID相同，那么就比較myid。myid較大的服務(wù)器作為Leader服務(wù)器。

4. 統(tǒng)計投票。每次投票后，服務(wù)器都會統(tǒng)計投票信息，判斷是否已經(jīng)過半機器接收到相同的投票信息，對于Server1、Server2而言，都統(tǒng)計出集群中已經(jīng)有兩臺機器接受了(2, 0)的投票信息，此時便認(rèn)為已經(jīng)選出了Leader。

5. 改變服務(wù)器狀態(tài)。一旦確定了Leader，每個服務(wù)器都會更新自己的狀態(tài)，如果是Follower，那么就變更為FOLLOWING，如果是Leader，就變更為LEADING。

2. 服務(wù)器運行期間的 Leader 選舉

在Zookeeper運行期間，即便有新服務(wù)器加入，也不會影響到Leader，新加入的服務(wù)器會將原有的Leader服務(wù)器視為Leader，進(jìn)行同步。但是一旦Leader宕機了，那么整個集群就將暫停對外服務(wù)，進(jìn)行新一輪Leader的選舉，其過程和啟動時期的Leader選舉過程基本一致。假設(shè)正在運行的有Server1、Server2、Server3三臺服務(wù)器，當(dāng)前Leader是Server2，若某一時刻Leader掛了，此時便開始Leader選舉。選舉過程如下：

1. 變更狀態(tài)。Leader宕機后，余下的非Observer服務(wù)器都會將自己的服務(wù)器狀態(tài)變更為LOOKING，然后開始進(jìn)行Leader選舉流程；

2. 每個Server會發(fā)出一個投票。在這個過程中，需要生成投票信息(myid,ZXID)每個服務(wù)器上的ZXID可能不同，我們假定Server1的ZXID為123，而Server3的ZXID為122；在第一輪投票中，Server1和Server3都會投自己，產(chǎn)生投票(1, 123)，(3, 122)，然后各自將投票發(fā)送給集群中所有機器；

3. 接收來自各個服務(wù)器的投票。與啟動時過程相同；

4. 處理投票；

5. 統(tǒng)計投票；

6. 改變服務(wù)器的狀態(tài)。

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作者：周二鴨

出處：https://www.cnblogs.com/jojop/p/14319464.html