[Zookeeper] 分布式协议ZAB协议

1 前言

相对于paxos的通用性，zab是专用于zookeeper。Zookeeper原子消息广播协议，实现一种主备模式框架下来保持各集群中各副本之间的数据一致性。

这里的主备系统架构模型，就是指只有一台客户端（Leader）负责处理外部的写事务请求，然后Leader客户端将数据同步到其他Follower节点。

Zookeeper 客户端会随机的链接到 zookeeper 集群中的一个节点，如果是读请求，就直接从当前节点中读取数据；如果是写请求，那么节点就会向 Leader 提交事务，Leader 接收到事务提交，会广播该事务，只要超过半数节点写入成功，该事务就会被提交。

2 ZAB协议实现过程

2.1 消息广播

1.消息（Proposal和Zxid）
Leader服务器将每个事务请求生成对应的Proposal，并为这个Proposal分配一个全局单调递增的唯一ID（ZXID，64位，前32位是周期epoch，后32位是单调递增的计数器）。
2.广播过程
leader和follower之间都一个队列，leader将消息发送到该队列，将Proposal广播给所有的follower服务器，follower服务器以事务日志的形式写入磁盘，成功写入后反馈给leader一个ACK响应；
当Leader服务器接收到超过半数的ACK响应后，开始广播commit消息，同时Leader服务器自身完成对事务的提交，每一个follower服务器接受到commit消息后也完成对事务的提交。

2.2 崩溃恢复

当Leader服务器出现故障后，就会进入崩溃恢复模式，崩溃恢复要求：
1.确保已经被leader提交的proposal必须最终被所有的follower服务器提交；
2.确保丢弃已经被leader提出的但是没有被提交的proposal。

优先选择出拥有最大ZXID的Proposal的服务器作为Leader，以满足上述要求，之后进行数据同步。

2.3 数据同步

Leader会将自身的提交的最大Proposal的事务Zxid发送给其他的follower节点。
follower节点会根据leader的消息进行回退或者数据同步操作。最终的目的是要保证集群中所有节点的数据副本保持一致。

3 ZAB协议原理

ZAB协议要求每个Leader都要经历三个阶段，发现，同步，广播。
（1）发现：即要求zookeeper集群必须选择出一个leader进程，同时leader会维护一个follower可用列表，将来客户端可以与可用列表中的节点进行通信。
（2）同步：leader要负责将本身的数据与follower完成同步，做到多副本存储。这也是体现了CAP中的高可用和分区容错。follower将队列中未处理完的请求消费完成后，写入本地事务日志中。
（3）广播：leader可以接收客户端新的Proposal请求，将新的Proposal请求广播给所有的follower。

分布式理论