Zookeeper选举整体流程源码解析

Posted 2021-10-01 adj20

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Zookeeper选举整体流程源码解析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一 Zookeeper选举流程概述

Zookeeper选举机制分为两种：第一次启动和非第一次启动。假设有5个节点，如图1.1所示：

图1.1 ZK集群

1.1 第一次启动

（1）服务器1启动，发起选举。服务器1投自己一票，此时服务器1有一票，未超过半数以上票数，选举无法完成，服务器保持状态为LOOKING；

（2）服务器2启动，再次发起选举。服务器1和服务器2分别半先投给自己1票，服务器1和服务器2会通信，此时服务器1发现服务器2的myid比自己大，因此会将自己的票给服务器2。此时服务器1票数为0，服务器票数为2。服务器2的票数没有达到半数以上，选举无法完成，服务器1和2状态为LOOKING；

（3）服务器3启动，发起一次选举。最终服务1会有0票，服务器2会有0票，服务器3会有3票，此时服务器3的票数超过半数，因此服务器3当选为leader。服务器1和服务器2的状态变为FOLLOWING,服务器3的状态变为LEADING;

(4)随后服务器4和服务器5启动，此时已经有leader了，不再进行选举了，服务器4和服务器5更改状态为FOLLOWING。

1.2 非第一次启动

当集群中的一台服务器无法和leader保持连接时，会进入leader选举，而此时，集群会有以下两种状态：

集群中已经存在leader:针对这种情况，该节点试图去选择leader时，会被其他节点告知当前服务器的leader信息。因此，该服务器仅需要和leader重新建立连接并同步状态即可。

集群中已经不存在leader:假设集群由5个节点组成，SID分别为1,2,3,4,5；ZXID分别为9,9,8,7,6，EPOCH均为1，且此时SID为3的服务器为leader。突然，当3和5服务器发生故障时，会触发leader选举。选举规则为：EPOCH大的直接胜出，如果EPOCH相同，则ZXID大的胜出，如果ZXID相同，则SID大的胜出。

SID:服务器ID，用来标识一台服务器，ID不能重复，且和myid一致

ZXID: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不一定一致

EPOCH：每个leader任期的代号。每投完一次票该数据会增加

二选举源码概述

源码中的选举整体流程如图2.1所示：

图2.1 源码选举概述图

整个选举过程主要由两个类完成，FastLeaderElection和QuorumCnManager。FastLeaderElection负责接收选票和发送选票； QuorumCnManager负责管理节点之间的选举通信，负责选择票数的传递。

2.1 选举准备源码解析

图2.2

选举代码的入口在QuorumPeerMain中的runFromConfig方法中，如图2.2所示“在完成服务器启动的初始化后，会执行quorumPeer.start()，进入该方法，执行startLeaderElection()方法进入选举流程。

如果当前节点的状态为LOOKING（getPeerState() == ServerState.LOOKING），会创建一个Vote类，该类中有id,zxid,electionEpoch等选举关键信息。随后，如图2.3所示，会通过调用createElectionAlgorithm(electionType)来创建QuorumCnxManager，该类维护了一个接收队列，recvQueue，该队列接收其他节点的投票；也维护了一个queueSendMap，该map的键为服务器ID，值为ArrayBlockingQueue队列，该队列包含了键值所指向的服务器的选票；该类还维护了一个senderWorkerMap，该map存储了一个发送线程，负责将投票发送到其他节点，还存储了一个接收线程，负责接收其他节点的投票。

如图2.3所示，监听类QuorumCnxManager.Listener继承了线程类，在覆写的run方法中，只要未shutdown，会一直等待其他节点发送数据。

图 2.3

2.2 选举执行源码解析

图2.4

执行super.start()，就是执行QuorumPeer.java类中覆写的run()方法，当zookeeper启动后，首先都是Looking状态，通过选举让其中一台服务器成为Leader，其他的成为Follower

图2.5

通过调用setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader())进行选举，进入lookForLeader()方法，这里进入FastLeaderElection实现的lookForLeader方法，如图2.6所示：

图2.6

recvset保存了每一个服务器给该节点的合法有效投票，recvset的键为服务器id，value为其他节点给我的投票信息。notTimeout为一次选举的最大等待时间，默认是0.2s。继续往下看，如图2.7所示：

图2.7

每发起一轮选举，都会使logicallock加1，然后调用updateProposal()更新选票信息。更新完选票信息后，调用sendNotifications()广播选票。如图2.8所示：

图2.8

通过for循环遍历投票参与者，给每台服务器发送选票（就是给SID比自己大的服务器投票），通过new 一个ToSend对象创建发送选票信息，然后将该信息放入队列sendqueue中。该队列中的信息是由WorkerSender(WorkerSender是FastLeaderElection的一个内部类)线程来负责发送的，WorkerSender的run方法如图2.9所示：

图 2.9

通过sendqueue.poll从队列中获取要发送的选票，然后将选票信息传给process方法进行处理，如图2.10：

图2.10

通过manager.toSend发送信息，manager为类QuorumCnManager，负责管理节点之间的选举通信，负责选择票数的传递。 toSend()如图2.11所示：

图2.12

首先通过this.mySid==id判断是不是自己给自己投票，如果是就通过addToRecvQueue将投票信息放进自己的RecvQueue。如果是发送给其他服务器的选票，如果其他服务器的队列消息已经存现，就将选票信息放入oldq中，否则，则放入新的bq队列中。最后通过connectOne(sid)将消息发送出去。

在connectOne(sid)中会调用conncectOne(long sid, InetSocketAddress electionAddr)与其他节点建立连接，如图2.13所示：