Zookeeper集群的选举机制

      ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop和Hbase的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

    在Zookeeper集群中节点的角色分为三种，分别为：Leader,Follower,Observer.

Leader服务器是Zookeeper集群工作的核心，主要作用是：

 1：事务请求的唯一调度和处理者，保证集群事务处理的顺序性；

 2：集群内部各个服务器的调度者

Follower服务器是Zookeeper集群的跟随者，主要作用是：

1：处理客户端的非事务请求（读的请求），转发事务请求给Leader服务器；

2：参与事务请求Proposal的投票；

3：参与Leader选举的投票。

Observer是集群中的观察者，主要作用是：

1：观察Zookeeper集群的最新状态变化并且将这些状态同步过来，对其非事务请求可以进行独立处理，对于事务请求，则会转发给Leader服务器进行处理；

2：Observer不会参与任何形式的投票，包括事务请求Proposal的投票和Leader选举投票。

为什么要进行Leader选举？

首先Leader的主要作用是保证分布式数据一致性，即每个节点的存储的数据同步。

什么情况下需要进行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，Leader节点崩溃，逻辑时钟崩溃。

针对发生Leader选举的两种情况，Zookeeper集群的选举机制有两种，下面我们详细的介绍一下针对这两种情况的选举机制。

1：服务器初始化启动

   Zookeeper由于其自身的性质，一般建议选取奇数节点搭建分布式服务器集群。我们以3个节点组成的服务器集群为例，说明服务器初始化时的选举过程。启动第一台安装Zookeeper的节点时，无法单独进行选举，启动第二台的时候，两节点之间进行通信，开始选举Leader。

（1）：集群中的每个Server投出一票。首先它们选自己为Leader,投票的内容为（SID,ZXID）。SID即Server的id(安装Zookeeper时配置文件中所配置的myid);ZXID即事务id(集群中每个节点的更新程度，ZXID越大代表Server对Znode的操作越新)。由于服务器初始化，每个Server上的Znode为0，所以Server1投的票为（1,0），Server2为（2,0）。两个Server将各自投票发给集群中的其他机器。

（2）：每个Server接收来自其他Server的投票。集群中的每个Server先判断投票有效性。例如：检查是不是本轮的投票，是不是来自Looking状态的服务器的投票。

（3）：对接收到的投票进行处理

   首先对比ZXID，ZXID大的服务器优先选为Leader;

   若ZXID相同，在初始化的时候，每个Server的ZXID都为0.在这种情况下就会比较myid，myid大的选出来做Leader。

   对于Server1而言，它接收到的投票为（2,0），因为自身的票为（1,0），根据上面的规则进行比较之后Server1就会选择Server2为Leader,将自己的投票更新为（2,0）。而Server2接收到的投票为Server1的（1,0）由于比自己的投票小所以Server2的投票不变，Server1和Server2将再次投票，投出的票都为（2,0）。

（4）：统计投票，每次投票之后，服务器都会统计投票信息，如果判定某个Server有过半的票数投它，那么该Server将会作为Leader。对于Server1和Server2而言，第二次投票的时候可以统计出有两台机器接收到了（2,0）的投票信息，则选出Server2为Leader。

（5）：选出Leader之后会改变服务器状态，Leader服务器的状态更新为Leading,Follower将状态修改为Following。

 服务器初始化状态的选举机制到此结束。

2：服务器运行期间的Leader选举

  

 

      Zookeeper运行期间，如果有新的Server加入，或者非Leader的Server宕机，那么Leader将会同步数据到新的Server或者寻找其他备用Server替代宕机的Server.若Leader宕机，此时集群暂停对外服务，开始在内部选举新的Leader。假设当前集群中有Server1，Server2，Server3三台服务器，Server2为当前集群的Leader,由于意外情况Server2宕机了，便开始进入选举的状态。具体的选举过程如下：

（1）：首先变更状态，其他的非Observer服务器将自己的状态修改为Looking,然后开始进入Leader的选举；

（2）：每个Server发出一个（SID,ZXID），由于次集群已经运行过，所以每个Server上的ZXID可能不同。假设Server1的ZXID为245，Server3的为111，第一轮投票中Server1和Server3都投自己分别为（1,245），（3,122）将自己的票发送给集群中的所有机器。

（3）：每个Server接收到其他Server的投票，下来的步骤与初始化的投票处理规则相同（初始选举机制步骤（3）再次发起投票直到统计到某个Server的投票数超过半数即选举出Leader,然后执行初始化步骤（5））。

  服务器运行期间的Leader选举到此结束。