zookeeper 笔记 （三）

一.    Paxos算法

1. 概述

    paxos算法是一种基于消息传递的一致性算法。这个算法被认为是类似算法中最有效的。Google Chubby的作者Mike Burrows说，这个世界上只有一种一致性算法，那就是Paxos，其它的算法都是残次品。

    Paxos是多数派决议（最终解决一致性问题），作者是莱斯利·兰伯特（Leslie Lamport），与1990年提出

2. 角色设定

Proposer：提交者（议案提交者）

          提交议案(判断是否过半)，提交批准议案(判断是否过半)

Acceptor：接收者（议案接收者）

          接受议案或者驳回议案，给proposer回应(promise)

Learner：学习者（打酱油的）

         如果议案产生，学习议案。

3. 条件设定

设定1：如果Acceptor没有接受议案，那么他必须接受第一个议案
设定2：每个议案比必须有一个编号，并且编号只能增长，不能重复。越往后越大。
设定3：接受编号大的议案，如果小于之前接受议案编号，那么不接受
设定4：议案有2种(提交的议案，批准的议案)

4. 算法过程

a. 第一阶段：预提案

a）Proposer希望议案V。首先发出Prepare请求至大多数Acceptor。Prepare请求内容为序列号K
b）Acceptor收到Prepare请求为编号K后，检查自己手里是否有处理过Prepare请求。
c）如果Acceptor没有接受过任何Prepare请求，那么用OK来回复Proposer，代表Acceptor必须接受收到的第一个议案（设定1）
d）否则，如果Acceptor之前接受过任何Prepare请求（如：MaxN），那么比较议案编号，如果Ke）如果K>=MaxN，那么检查之前是否有批准的议案，如果没有则用OK来回复Proposer，并记录K
f）如果K>=MaxN，那么检查之前是否有批准的议案，如果有则回复批准的议案编号和议案内容（如：， AcceptN为批准的议案编号，AcceptV为批准的议案内容）

b. 第二阶段：正式提案

a）Proposer收到过半Acceptor发来的回复，回复都是OK，且没有附带任何批准过的议案编号和议案内容。那么Proposer继续提交批准请求，不过此时会连议案编号K和议案内容V一起提交（这种数据形式）

b）Proposer收到过半Acceptor发来的回复，回复都是OK，且附带批准过的议案编号和议案内容（）。那么Proposer找到所有回复中超过半数的那个（假设为）作为提交批准请求（请求为）发送给Acceptor。

c）Proposer没有收到过半Acceptor发来的回复，则修改议案编号K为Kx，并将编号重新发送给Acceptors（重复Prepare阶段的过程）

d）Acceptor收到Proposer发来的Accept请求，如果编号K

e）Acceptor收到Proposer发来的Accept请求，如果编号K>=MaxN则批准该议案，并设置手里批准的议案为，回复Proposer。

f）经过一段时间Proposer对比手里收到的Accept回复，如果超过半数，则结束流程（代表议案被批准），同时通知Leaner可以学习议案。

经过一段时间Proposer对比手里收到的Accept回复，如果未超过半数，则修改议案编号重新进入Prepare阶段。

------>>>知乎大神对paxos的描述<<<------

二.    ZAB协议

1. 概述

    Zookeeper Automic Broadcast(ZAB)，是paxos经典实现。ZooKeeper并没有完全采用Paxos算法，而是使用了一种称为ZooKeeper Atomic Broadcast(ZAB,zookeeper原子消息广播协议)的协议作为其数据一致性的核心算法。

2. 角色设定

a. ZAB中节点的状态

looking：选举Leader的状态（崩溃恢复下）

following：跟随者（follower）的状态，服从Leader命令

leading：当前节点是Leader，负责协调工作。

observing：observer(观察者)，不参与选举，只读节点。

b. 术语

quorum：集群过半数的集合

epoch周期值

acceptedEpoch：follower已经接受leader更改周期值的（newepoch）提议。

currentEpoch：当前的周期值

lastZxid：history中最近接收到的提议zxid(最大的值)

history：当前节点接受到事务提议的log

zxid：zookeeper的事务ID,64位的数据结构

    高32位：Leader 周期编号 myid

    低32位：事务的自增序列（单调递增的序列）只要客户端有请求，就+1

3. 算法过程

a. 崩溃恢复

1> 每个Server会发出一个投票,第一次都是投自己。投票信息：（myid，ZXID）

2> 收集来自各个服务器的投票

3> 处理投票并重新投票，处理逻辑：优先比较ZXID,然后比较myid

4> 统计投票，只要超过半数的机器接收到同样的投票信息，就可以确定leader

5> 改变服务器状态（崩溃恢复 ---> 数据同步，或者崩溃恢复 ---> 消息广播）

b. 消息广播

1> Leader接受请求后，讲这个请求赋予全局的唯一64位自增Id（zxid）。

2> 将zxid作为议案发给所有follower。

3> 所有的follower接受到议案后，想将议案写入硬盘后，马上回复Leader一个ACK（OK）。

4> 当Leader接受到合法数量Acks，Leader给所有follower发送commit命令。

5> follower执行commit命令。

ps: 到了这个阶段，ZK集群才正式对外提供服务，并且Leader可以进行消息广播，如果有新节点加入，还需要进行数据同步。

c. 数据同步

1> 取出Leader最大lastZxid（从本地log日志来）

2> 找到对应zxid的数据，进行同步（数据同步过程保证所有follower一致）。

3.  只有满足quorum同步完成，准Leader才能成为真正的Leader。