zk源码阅读36:集群版启动小结(一):启动到选举出leader

在26节对集群版服务端启动进行了一个概述，这一部分对集群版server启动，到选举出leader的小结，也是对前面27-35的一个小结

前情提要

这里把26节server启动的预启动，初始化以及leader选举部分提出来

预启动

1. 统一由QuorumPeerMain作为启动类。
2. 解析配置文件zoo.cfg。
3. 创建并启动历史文件清理器DatadirCleanupFactory。
4. 判断当前是集群模式还是单机模式的启动。
    在集群模式中，在zoo.cfg文件中配置了多个服务器地址，可以选择集群启动。

上述代码都在org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain#initializeAndRun中，截图如下

预启动的4个步骤

初始化

1. 创建ServerCnxnFactory。
2. 初始化ServerCnxnFactory。
3. 创建Zookeeper数据管理器FileTxnSnapLog。
4. 创建QuorumPeer实例。
    Quorum是集群模式下特有的对象，是Zookeeper服务器实例（ZooKeeperServer）的托管者，QuorumPeer代表了集群中的一台机器
    在运行期间，QuorumPeer会不断检测当前服务器实例的运行状态，同时根据情况发起Leader选举。
5. 创建内存数据库ZKDatabase。
    ZKDatabase负责管理ZooKeeper的所有会话记录以及DataTree和事务日志的存储。
6. 初始化QuorumPeer。
    将核心组件如FileTxnSnapLog、ServerCnxnFactory、ZKDatabase注册到QuorumPeer中，同时配置QuorumPeer的参数，如服务器列表地址、Leader选举算法和会话超时时间限制等。
7. 恢复本地数据。
8. 启动ServerCnxnFactory主线程。

其中1-6步在org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain#runFromConfig中，顺序不完全一样

初始化1-6步

7-8步在org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeer#start中

    @Override
    public synchronized void start() {
        loadDataBase();//从事务日志目录dataLogDir和数据快照目录dataDir中恢复出DataTree数据
        cnxnFactory.start();//开启对客户端的连接端口,启动ServerCnxnFactory主线程
        startLeaderElection();//创建出选举算法
        super.start();//启动QuorumPeer线程，在该线程中进行服务器状态的检查
    }

leader选举

1. 初始化Leader选举算法

集群模式特有，Zookeeper首先会根据自身的服务器ID（SID）、最新的ZXID（lastLoggedZxid）和当前的服务器epoch（currentEpoch）来生成一个初始化投票
在初始化过程中，每个服务器都会给自己投票。然后，根据zoo.cfg的配置，创建相应Leader选举算法实现
Zookeeper提供了三种默认算法（LeaderElection、AuthFastLeaderElection、FastLeaderElection），可通过zoo.cfg中的electionAlg属性来指定，但现只支持FastLeaderElection选举算法。
在初始化阶段，Zookeeper会创建Leader选举所需的网络I/O层QuorumCnxManager，同时启动对Leader选举端口的监听，等待集群中其他服务器创建连接。

源码在QuorumPeer#startLeaderElection中
完成自己的投票以及投票算法的获取

2.注册JMX服务。

代码在org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeer#run中

3.检测当前服务器状态

运行期间，QuorumPeer会不断检测当前服务器状态。在正常情况下，Zookeeper服务器的状态在LOOKING、LEADING、FOLLOWING/OBSERVING之间进行切换。在启动阶段，QuorumPeer的初始状态是LOOKING，因此开始进行Leader选举。

4. Leader选举。

通过投票确定Leader，其余机器称为Follower和Observer。具体算法在后面会给出。
源码体现在org.apache.zookeeper.server.quorum.Election#lookForLeader
默认实现org.apache.zookeeper.server.quorum.FastLeaderElection#lookForLeader

上述步骤在

leader选举步骤源码.png

2-4的源码步骤太长了，这里不贴出来了，就在QuorumPeer#run中

27-35小结代码总结

之前讲到集群版启动流程如下图

集群版启动

前面讲的内容分别对应哪几个步骤

32 - 35节讲解SeverCnxn(factory)以及对应nio实现

对应

image.png

27节QuorumPeerConfig，31节QuorumPeer对应

image.png

调用方是QuorumPeerMain#runFromConfig
对应主要逻辑在QuorumPeer#start

    public synchronized void start() {
        loadDataBase();//从事务日志目录dataLogDir和数据快照目录dataDir中恢复出DataTree数据
        cnxnFactory.start();//开启对客户端的连接端口,启动ServerCnxnFactory主线程
        startLeaderElection();//创建出选举算法
        super.start();//启动QuorumPeer线程，在该线程中进行服务器状态的检查
    }

28节集群验证器，29节选举时的IO管理QuorumCnxManager,30节leader的选举算法FastLeaderElection完成了下述部分

image.png