zookeeper选举机制

什么是zookeeper？

    zookeeper是一个分布式应用程序协调服务、开源的组件，有分布式服务的基本都可以用zookeeper。


    zookeeper有三种角色的节点，分别是Leader（领导者）、Follower（跟随者）、Observer（观察者）。

    Leader 负责更新系统状态，进行投票（选举leader）的发起和决议。

    Follower 用于接收客户端请求并向客户端返回处理请求的结果，在选举过程中参与投票

    Observer 可以接收客户端的连接，将写请求转发给Leader系诶的那，但Observer不参加投票过程，只同步Leader的状态。Observer的目的是为了扩展系统，提高读取速度。

    zookeeper节点有四种状态，Looking、Following、Leading、Observing

    Looking：寻找Leader状态，当Server处于该状态时，此Server会认为当前集群中没有Leader，需要进入Leader选举状态。

    Following： 跟随者状态，表明该Server角色为Follower。

    Leading： 领导者状态，表明当前服务器角色是Leader。

    Observing： 观察者状态，表明当前服务器角色是Observer。

zookeeper的选举机制

    为什么要进行Leader选举？

    Leader主要作用是保证分布式数据一致性，即每个节点的存储的数据同步。遇到以下两种情况需要进行Leader选举

    1）服务器初始化启动

    2）服务器运行期间无法和Leader保持连接，Leader节点崩溃，逻辑时钟崩溃。

    1.服务器初始化时Leader选举

    zookeeper由于其自身的性质，一般建议选取奇数个节点进行搭建分布式服务器集群。以3个节点组成的服务器集群为例，说明服务器初始化时的选举过程。启动第一台安装zookeeper的节点时，无法单独进行选举，启动第二台时，两节点之间进行通信，开始选举Leader。

    1）每个Server投出一票。他们两都选自己为Leader，投票的内容为（SID，ZXID）。SID即Server的id，安装zookeeper时配置文件中所配置的myid；ZXID，事务id，为节点的更新程度，ZXID越大，代表Server对Znode的操作越新。由于服务器初始化，每个Sever上的Znode为0，所以Server1投的票为（1,0），Server2为（2,0）。两Server将各自投票发给集群中其他机器。

    2）每个Server接收来自其他Server的投票。集群中的每个Server先判断投票有效性，如检查是不是本轮的投票，是不是来Looking状态的服务器投的票。

    3）对投票结果进行处理。先了解下处理规则
     - 首先对比ZXID。ZXID大的服务器优先作为Leader
     - 若ZXID相同，比如初始化的时候，每个Server的ZXID都为0，就会比较myid，myid大的选出来做Leader。

    对于Server而言，他接受到的投票为（2,0），因为自身的票为（1,0），所以此时它会选举Server2为Leader，将自己的更新为（2,0）。而Server2收到的投票为Server1的（1,0）由于比他自己小，Server2的投票不变。Server1和Server2再次将票投出，投出的票都为（2,0）。

    4） 统计投票。每次投票之后，服务器都会统计投票信息，如果判定某个Server有过半的票数投它，那么该Server将会作为Leader。对于Server1和Server2而言,统计出已经有两台机器接收了（2,0）的投票信息，此时认为选出了Leader。

    5）改变服务器状态。当确定了Leader之后，每个Server更新自己的状态，Leader将状态更新为Leading，Follower将状态更新为Following。

    2.服务器运行期间的Leader选举

    zookeeper运行期间，如果有新的Server加入，或者非Leader的Server宕机，那么Leader将会同步数据到新Server或者寻找其他备用Server替代宕机的Server。若Leader宕机，此时集群暂停对外服务，开始在内部选举新的Leader。假设当前集群中有Server1、Server2、Server3三台服务器，Server2为当前集群的Leader，由于意外情况，Server2宕机了，便开始进入选举状态。过程如下

    1） 变更状态。其他的非Observer服务器将自己的状态改变为Looking，开始进入Leader选举。

    2） 每个Server发出一个投票（myid，ZXID），由于此集群已经运行过，所以每个Server上的ZXID可能不同。假设Server1的ZXID为145，Server3的为122，第一轮投票中，Server1和Server3都投自己，票分别为（1，145）、（3,122）,将自己的票发送给集群中所有机器。

    3） 每个Server接收接收来自其他Server的投票，接下来的步骤与初始化时相同。