Zookeeper的集群Leader选举机制和数据同步原理

这里不介绍Zookeeper集群的搭建过程；首先介绍相关概念：

1、集群节点状态

• LOOKING：寻找Leader状态，处于该状态需要进入选举流程
• LEADING：领导者状态，处于该状态的节点说明是角色已经是Leader
• FOLLOWING：跟随者状态，表示Leader已经选举出来，当前节点角色是follower
• OBSERVER：观察者状态，表明当前节点角色是observer

2、ZXID：事务ID

ZXID是一个长度64位的数字，其中低32位是按照数字递增，任何节点数据的变更都会导致,低32位的数字简单加1。高32位是leader周期编号，每当选举出一个新的leader时，新的leader就从本地事物日志中取出ZXID,然后解析出高32位的周期编号，进行加1，再将低32位的全部设置为0。这样就保证了每次新选举的leader后，保证了ZXID的唯一性而且是保证递增的。

3、服务初始化Leader选举机制

假设搭建的zk集群有三台服务器，myid分别是1，2，3；同时因为这个时候还没有选举成功，所以每台服务器的ZXID都是0

(1) 每个Server发出一个投票。由于是初始情况，ZK1和ZK2都会将自己作为Leader服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器的myid和ZXID，使用(myid, ZXID)来表示，此时ZK1的投票为(1, 0)，ZK2的投票为(2, 0)，然后各自将这个投票发给集群中其他机器。
(2) 接受来自各个服务器的投票。集群的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查是否是本轮投票、是否来自LOOKING状态的服务器。
(3) 处理投票。针对每一个投票，服务器都需要将别人的投票和自己的投票进行比较，规则如下

• 优先检查ZXID。ZXID比较大的服务器优先作为Leader。
• 如果ZXID相同，那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器。

对于ZK1而言，它的投票是(1, 0)，接收ZK2的投票为(2, 0)，首先会比较两者的ZXID，均为0，再比较myid，此时ZK2的myid最大，于是ZK2胜。ZK1更新自己的投票为(2, 0)，并将投票重新发送给ZK2。
(4) 统计投票。每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半机器接受到相同的投票信息，对于ZK1、ZK2而言，都统计出集群中已经有两台机器接受了(2, 0)的投票信息，此时便认为已经选出ZK2作为Leader。
(5) 改变服务器状态。一旦确定了Leader，每个服务器就会更新自己的状态，如果是Follower，那么就变更为FOLLOWING，如果是Leader，就变更为LEADING。当新的Zookeeper节点ZK3启动时，发现已经有Leader了，不再选举，直接将直接的状态从LOOKING改为FOLLOWING。

4、集群运行期间Leader重新选举

在Zookeeper运行期间，如果Leader节点挂了，那么整个Zookeeper集群将暂停对外服务，进入新一轮Leader选举。
假设正在运行的有ZK1、ZK2、ZK3三台服务器，当前Leader是ZK2，若某一时刻Leader挂了，此时便开始Leader选举。

(1) 变更状态。Leader挂后，余下的非Observer服务器都会讲自己的服务器状态变更为LOOKING，然后开始进入Leader选举过程。
(2) 每个Server会发出一个投票。在运行期间，每个服务器上的ZXID可能不同（同步还未完成Leader节点就挂了），此时假定ZK1的ZXID为124，ZK3的ZXID为123；在第一轮投票中，ZK1和ZK3都会投自己，产生投票(1, 124)，(3, 123)，然后各自将投票发送给集群中所有机器。
(3) 接收来自各个服务器的投票。与启动时过程相同。
(4) 处理投票。与启动时过程相同，由于ZK1事务ID大，ZK1将会成为Leader。（如果ZXID都一样的情况下，myid大的优先作为Leader节点）
(5) 统计投票。与启动时过程相同。
(6) 改变服务器的状态。与启动时过程相同。

5、集群数据读写机制

• Zookeeper是一个由多个server组成的集群
• 一个leader，多个follower
• 每个server保存一份数据副本
• 全局数据一致
• 分布式读写
• 更新请求转发，由leader实施

 

注：1.在Client向Follwer发出一个写的请求

　　2.Follwer把请求发送给Leader

　　3.Leader接收到以后开始发起投票并通知Follwer进行投票

　　4.Follwer把投票结果发送给Leader

　　5.Leader将结果汇总后如果需要写入，则开始写入同时把写入操作通知给Leader，然后commit;

　　6.Follwer把请求结果返回给Client