简单理解Zookeeper的Leader选举

Posted 2021-09-07 这瓜保熟么

Leader选举是保证分布式数据一致性的关键所在。Leader选举分为Zookeeper集群初始化启动时选举和Zookeeper集群运行期间Leader重新选举两种情况。在讲解Leader选举前先了解一下Zookeeper节点4种可能状态和事务ID概念。

1、Zookeeper节点状态

1. LOOKING：寻找Leader状态，处于该状态需要进入选举流程
2. LEADING：领导者状态，处于该状态的节点说明是角色已经是Leader
3. FOLLOWING：跟随者状态，表示Leader已经选举出来，当前节点角色是follower
4. OBSERVER：观察者状态，表明当前节点角色是observer

2、事务ID

ZooKeeper状态的每次变化都接收一个ZXID（ZooKeeper事务id）形式的标记。ZXID是一个64位的数字，由Leader统一分配，全局唯一，不断递增。
ZXID展示了所有的ZooKeeper的变更顺序。每次变更会有一个唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2说明zxid1在zxid2之前发生。

3、Zookeeper集群初始化启动时Leader选举

若进行Leader选举，则至少需要两台机器，这里选取3台机器组成的服务器集群为例。
初始化启动期间Leader选举流程如下图所示。

在集群初始化阶段，当有一台服务器ZK1启动时，其单独无法进行和完成Leader选举，当第二台服务器ZK2启动时，此时两台机器可以相互通信，每台机器都试图找到Leader，于是进入Leader选举过程。选举过程开始，过程如下：

(1) 每个Server发出一个投票。由于是初始情况，ZK1和ZK2都会将自己作为Leader服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器的myid和ZXID，使用(myid, ZXID)来表示，此时ZK1的投票为(1, 0)，ZK2的投票为(2, 0)，然后各自将这个投票发给集群中其他机器。

(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。

(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比较，规则如下
　　　　· 优先检查ZXID。ZXID比较大的服务器优先作为Leader。
　　　　· 如果ZXID相同，那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器。
　　对于ZK1而言，它的投票是(1, 0)，接收ZK2的投票为(2, 0)，首先会比较两者的ZXID，均为  0，再比较myid，此时ZK2的myid最大，于是ZK2胜。ZK1更新自己的投票为(2, 0)，并将投票重新发送给ZK2。

 (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受到相同的投票信息，对于ZK1、ZK2而言，都统计出集群中已经有两台机器接受了(2, 0)的投票信息，此时便认为已经选出ZK2作为Leader。

(5) 改变服务器状态。一旦确定了Leader，每个服务器就会更新自己的状态，如果是Follower，那么就变更为FOLLOWING，如果是Leader，就变更为LEADING。当新的Zookeeper节点ZK3启动时，发现已经有Leader了，不再选举，直接将直接的状态从LOOKING改为FOLLOWING。

4、Zookeeper集群运行期间Leader重新选

在Zookeeper运行期间，如果Leader节点挂了，那么整个Zookeeper集群将暂停对外服务，进入新一轮Leader选举。
假设正在运行的有ZK1、ZK2、ZK3三台服务器，当前Leader是ZK2，若某一时刻Leader挂了，此时便开始Leader选举。选举过程如下图所示。

 (1) 变更状态。Leader挂后，余下的非Observer服务器都会讲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ZK1的  ZXID为124，ZK3的ZXID为123；在第一轮投票中，ZK1和ZK3都会投自己，产生投票(1, 124)，(3, 123)，然后各自将投票发送给集群中所有机器。

 (3) 接收来自各个服务器的投票。与启动时过程相同。

 (4) 处理投票。与启动时过程相同，由于ZK1事务ID大，ZK1将会成为Leader。

 (5) 统计投票。与启动时过程相同。

 (6) 改变服务器的状态。与启动时过程相同。