ZooKeeper 的 Leader 选举机制

选举机制中的概念：

Serverid：服务器 ID。 编号越大在选择算法中权重越大。

Zxid：数据 ID。ZooKeeper 状态的每一次改变，都对应着一个递增的 Transaction id，该 id 称为 Zxid，由于 zxid 的递增性质，如果 zxid1 小于 zxid2，那么 zxid1 肯定优先于 zxid2 发生。

创建任意节点，或者更新任意节点的数据，或者删除任意节点，都会导致 ZooKeeper 状态发生改变，从而导致 zxid 的值增加。

Epoch：逻辑时钟。或者叫投票的次数，同一轮投票过程中逻辑时钟值是相同的。用来判断多个投票是否在同一轮选举周期中，该值在服务端是一个自增序列，每次进入新一轮的投票后，都会对该值进行加1操作。

Server 状态：选举状态。LOOKING，竞选状态；FOLLOWING，随从状态，同步 leader 状态，参与投票。OBERSERVING，观察状态，同步 leader 状态，不参与投票。LEADING，领导者状态。

服务器启动时期的 leader 选举：

以 3 台机器组成的服务器集群为例.在集群初始化阶段，当有一台服务器 Server1 启动时，其单独无法再进行和完成 Leader 选举，当第二台服务器 Server2 启动时，此时两台机器可以互相通信，每台机器都试图找到 leader，于是进入 Leader 选举过程。选举过程如下：

1）每个 Server 发出一个投票。由于是初识情况，Serve1 和 Server2 都会将自己作为 Leader 服务器来进行投票，每次投票会白喊所推举的服务器 serverid 和 zxid，使用（ServerID，zxid）来表示，此时 Server1 的投票为（1，0），Server2 的投票为（2，0），然后各自将这个投票发给集群中其它机器。

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。

判断逻辑时钟规则：

1. 如果发送过来的逻辑时钟 Epoch 大于目前的逻辑时钟。首先，更新本逻辑时钟 Epoch，同时清空本轮逻辑时钟收集到的其它 server 的选举数据。然后判断是否需要更新档期自己的选举 leader serverid。

2. 如果发送公立的逻辑时钟 Epoch 小于目前的逻辑时钟。说明对方 server 在一个相对较早的 Epoch 中，只需要经本机的选举数据发送出去就行。

   一般情况下，逻辑时钟应该都是相同的。但是，由于一些机器崩溃的问题，是可能出现逻辑时钟不一致的情况的。

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 PK，PK 规则如下：

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

对于 server1 而言，它的投票是（1，0），接收 server2 的投票为（2，0），首先会比较两者的 zxid，均为 0，再比较 serverid，此时 server2 的 serverid 最大，于是更新自己的投票为（2，0），然后重新投票，对于 server2 而言，其无须更新自己的投票，只是再次向急群众所有机器发出上一次投票信息即可。

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收到形态的投票信息，对于 server1，server2 而言，都统计出集群中已经有连你给他机器接收了（2，0）的投票信息，此时便认为已经选出了 Leader。

5）改变服务器状态。一旦确定了 Leader，每个服务器都会更新自己的状态，如果是 Follower，那么就变更为 FOLLOWING，如果是 Leader，就变更为 LEADING。

服务器运行时期的 Leader 选举

在 ZooKeeper 运行期间，但是光有非 Leader 服务器宕机或者新加入，此时不会影响 Leader，但是一旦 Leader 服务器管理，那么整个集群将暂停对外服务，进入新一轮 Leader 选举，其过程和启动时期的 Leader 选举过程基本一致。假设正在运行的 Server1、Server2、Server3三台服务器，当前Leader 是 Server2，若某一时刻Leader 挂了，此时便开始 Leader 选举。过程如下：

1）变更状态。Leader 挂后，余下的非 Observer 服务器会将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，此时假定 Server1 的 zxid 为 123，Server3 的 zxid 为 122；在第一轮投票中，Server1 和 Server3 都会投自己，产生投票（1，123）、（3，122）然后各自将投票发送给集群中所有的机器。

3）接胡搜来自各个服务的投票。与启动过程相同。

4）处理投票。与启动过程相同，此时 Server1 将会成为 Leader。

5）统计投票。与启动过程相同。

6）改变服务器的状态。与启动过程相同。