zookeeper选举机制原理

一、zookeeper应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、0统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等

（1）统一命名服务

List item在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。
例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

（2）统一配置管理

分布式环境下，配置文件同步非常常见，一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如 Kafka 集群。对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。那么配置管理就可以交由ZooKeeper实现。

1. 可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode
2. 各个客户端服务器监听这个Znode
3. 一 旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器

（3）统一集群管理

分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的，可根据节点实时状态做出一些调整，ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化

1. 可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
2. 监听这个ZNode可获取它的实时状态变化

（4）服务器动态上下线

客户端能实时洞察到服务器上下线的变化

1. 服务端启动时去注册信息（创建都是临时节点）
2. 获取到当前在线服务器列表，并且注册监听
3. 服务器节点下线
4. 服务器节点上下线事件通知

（5）软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求

二、选举机制（面试）☆☆☆

SID：服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致

ZXID：事务ID。ZXID是一个事务ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致，这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑有关

Epoch：每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加

（1）Zookeeper选举机制——第一次启动

1. 服务器1启 动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为LOOKING；
2. 服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的（服务器1） 大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING
3. 服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；
4. 服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为 1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；
5. 服务器5启动，同4一样当小弟。

（2）Zookeeper选举机制——非第一次启动

1. 当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入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
2. 而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态：
   ①集群中本来就已经存在一个Leader
   其中一台机器连接不上Leader试图去选举Leader是，会被告知前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。
   ②集群中确实不存在Leader
   假设ZooKeeper由5台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID分别为8、8、8、7、7，并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻，3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。
   SID为1、2、4的机器投票情况：

	EPOCH	ZXID	SID
机器1	1	8	1
机器2	1	8	2
机器3	1	8	4

选举规则：
（1）EPOCH大的直接胜出
（2）EPOCH相同，事务id大的胜出
（3）事务id相同，服务器id大的胜出

三、面试总结

1.选举机制

半数机制，超过半数的投票通过，即通过。

（1）第一次启动选举规则：

投票过半数时，服务器 id 大的胜出

（2）第二次启动选举规则：

• EPOCH 大的直接胜出
• EPOCH 相同，事务 id 大的胜出
• 事务 id 相同，服务器 id 大的胜出

2.生产集群安装多少 zk 合适？

• 首先安装节点数奇数台
• 10 台服务器：3 台 zk
• 20 台服务器：5 台 zk
• 100 台服务器：11 台 zk
• 200 台服务器：11 台 zk

服务器台数多：好处，提高可靠性；坏处：提高通信延时