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眾所周知，zookeeper是一個開源的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，很多分布式的應(yīng)用都是基于zookeeper來實(shí)現(xiàn)分布式鎖，服務(wù)管理，服務(wù)發(fā)現(xiàn)，通知訂閱等功能。那么。zookeeper自身是如何在分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性的呢。

結(jié)構(gòu)
既然zookeeper是在分布式環(huán)境下提供服務(wù)的，那么它必須要解決的問題就是單點(diǎn)問題，因此zookeeper是一個主備的結(jié)構(gòu)。zookeeper 存在leader,follower,observer三種角色,這三種角色在實(shí)際服務(wù)集群中都是服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

leader:處理所有請求，為客戶的提供讀和寫服務(wù)
follower:只提供讀服務(wù)，有機(jī)會通過選舉成為leader
observer:只提供讀服務(wù)?
由以上三種角色的介紹可知，zookeeper中所有請求都是交給leader處理的，因此，如果leader掛了，zookeeper就無法再提供服務(wù)，這就是單點(diǎn)問題。所幸在leader掛了之后，follower能夠通過選舉成為新的leader。?
那么問題來了，follower是如何被選舉成為新的leader的？新的leader又是如何保證數(shù)據(jù)的一致性的？這些問題的答案都在于zookeeper所用的分布式一致性協(xié)議ZAB。
ZAB協(xié)議
ZAB協(xié)議是為zookeeper專門設(shè)計(jì)的一種支持奔潰恢復(fù)的原子廣播協(xié)議。雖然它不像Paxos算法那樣通用通用，但是它卻比Paxos算法易于理解。在我看來ZAB協(xié)議主要的作用在于三個方面1、選舉出leader;2、同步節(jié)點(diǎn)之間的狀態(tài)達(dá)到數(shù)據(jù)一致；3、數(shù)據(jù)的廣播。

幾個概念的定義
在了解ZAB協(xié)議具體過程之前不要先了解幾個概念。

事務(wù)
zookeeper作為一個分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，需要leader節(jié)點(diǎn)去接受外部請求，轉(zhuǎn)化為內(nèi)部操作（比如創(chuàng)建，修改，刪除節(jié)點(diǎn)），需要原子性執(zhí)行的幾個操作就組成了事務(wù)，這里用T代表。zookeeper要求有序的處理事務(wù)，因此給每個事務(wù)一個編號，每進(jìn)來一個事務(wù)編號加1，假設(shè)leader節(jié)點(diǎn)中進(jìn)來n個事務(wù)，可以表示為T1,T2,T3…Tn。為了防止單點(diǎn)問題導(dǎo)致事務(wù)數(shù)據(jù)丟失，leader節(jié)點(diǎn)會把事務(wù)數(shù)據(jù)同步到follower節(jié)點(diǎn)中。

事務(wù)隊(duì)列
leader和follower都會保存一個事務(wù)隊(duì)列，用L表示，L=T1,T2,T3…Tn，leader的事務(wù)隊(duì)列是接受請求保存下來的，follower的事務(wù)隊(duì)列是leader同步過來的，因此leader的事務(wù)隊(duì)列是最新，最全的。

任期
在zookeeper的工作過程中，leader節(jié)點(diǎn)奔潰，重新選舉出新的leader是很正常的事情，所以zookeeper的運(yùn)行歷史中會產(chǎn)生多個leader，就好比一個國家的歷史中會相繼出現(xiàn)多為領(lǐng)導(dǎo)人。為了區(qū)分各個leader，ZAB協(xié)議用一個整數(shù)來表示任期，我們假設(shè)用E表示任務(wù)。zookeeper剛運(yùn)行時選舉出的第一個leader的任期為E=1；第一個leader奔潰后，下面選舉出來的leader，任期會加1，E=2;一次類推。加入任期概念的事務(wù)應(yīng)該表示為T(E,n)

協(xié)議過程
選舉leader
每個follower廣播自己事務(wù)隊(duì)列中最大事務(wù)編號maxId
獲取集群中其他follower發(fā)出來的maxId，選取出最大的maxId所屬的follower，投票給改follower，選它為leader。
統(tǒng)計(jì)所有投票，獲取投票數(shù)超過一半的follower被推選為leader
同步數(shù)據(jù)
各個follower向leader發(fā)送自己保存的任期E
leader,比較所有的任期，選取最大的E，加1后作為當(dāng)前的任期E=E+1
將任務(wù)E廣播給所有follower
follower將任期改為leader發(fā)過來的值，并且返回給leader事務(wù)隊(duì)列L
leader從隊(duì)列集合中選取任期最大的隊(duì)列，如果有多個隊(duì)列任期都是最大，則選取事務(wù)編號n最大的隊(duì)列Lmax。將Lmax最為leader隊(duì)列，并且廣播給各個follower。
follower接收隊(duì)列替換自己的事務(wù)隊(duì)列，并且執(zhí)行提交隊(duì)列中的事務(wù)。?
至此各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)達(dá)成一致，zookeeper恢復(fù)正常服務(wù)。
廣播
leader節(jié)點(diǎn)接收到請求，將事務(wù)加入事務(wù)隊(duì)列，并且將事務(wù)廣播給各個follower。
follower接收事務(wù)并加入都事務(wù)隊(duì)列，然后給leader發(fā)送準(zhǔn)備提交請求。
leader 接收到半數(shù)以上的準(zhǔn)備提交請求后，提交事務(wù)同時向follower 發(fā)送提交事務(wù)請求
follower提交事務(wù)。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的zookeeper是如何实现数据一致性的？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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