? 前言?

前面一篇文章我們已經(jīng)給大家講解了ZooKeeper的核心的原理，這一篇我們重點分析ZooKeeper的Leader選舉算法。Leader的選舉是ZooKeeper的最重要技術(shù)之一，也是保證分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致的關(guān)鍵。

? Leader選舉流程概述?

我們本篇文章的目的就是詳細(xì)的剖析Leader選舉的過程，但是Leader選舉的過程較為復(fù)雜，我們直接上來就講其詳細(xì)的過程，大家容易蒙圈，所以我們這一小段就簡單描述一下Leader選舉的大概流程。

如上圖所以，假設(shè)我們目前有一個3個節(jié)點構(gòu)成的ZooKeeper集群，myid的編號分別是0,1,2，又因為集群當(dāng)前是一個空的集群，所以每個節(jié)點的ZXID初始都為0，該集群啟動的時候Leader的選舉流程如下：

（1）我們首先啟動myid為0的服務(wù)，但是目前只有一臺ZooKeeper服務(wù)，所以是無法完成Leader選舉的，ZooKeeper集群要求Leader進(jìn)行投票選舉條件是至少有2臺服務(wù)才行，不然都沒法進(jìn)行通信投票。

（2）啟動myid為1的服務(wù)，第二臺啟動了以后，這兩臺ZooKeeper就可以相互通信了，接下來就可以進(jìn)行投票選舉了。

（3）2臺ZooKeeper進(jìn)行投票選舉的時候，第一次都是推薦自己為Leader，投票包含的信息是：服務(wù)器本身的myid和ZXID。比如第一臺投自己的話，它會發(fā)送給第二臺機(jī)器的投票是(0,0)，第一個0代表的是機(jī)器的myid，第二個0代表是的ZXID。故兩臺機(jī)器收到的投票情況如下：

第一臺：(1,0)

第二臺：(0,0)

（4）兩臺服務(wù)器在接收到投票后，將別人的票和自己的投票進(jìn)行PK。PK的是規(guī)則是：

?（a）優(yōu)先對比ZXID，ZXID大的優(yōu)先作為Leader（ZXID大的表示數(shù)據(jù)多）

?（b）如果ZXID一樣的話，那么就比較myid，讓myid大的作為Leader服務(wù)器。

那根據(jù)這個規(guī)則的話，第一臺服務(wù)器，接受到的投票是(1,0)，跟自己的投票（0,0）比，ZXID是一樣的，但是myid比接收到的投票的小，所以第一臺原先是推薦自己投票為(0,0),現(xiàn)在進(jìn)行了PK以后，投票修改為(1,0)。第二臺服務(wù)器，接受到的投票是(0,0),跟自己的投票(1,0)比，ZXID是一樣的，但是myid是比接受到的投票的大，所以堅持自己的投票(1,0)。兩臺服務(wù)器再次進(jìn)行投票。

（5）每次投票以后，服務(wù)器都會統(tǒng)計所有的投票，只要過半的機(jī)器投了相同的機(jī)器，那么Leader就選舉成功了，上面的兩臺服務(wù)器進(jìn)行第二次投票之后，兩臺服務(wù)器都會收到相同的投票(1,0)。那么此時myid為1的服務(wù)器就是Leader了。

如上的Leader選舉其實在集群啟動的過程中只需要幾毫秒就完成了，所以如果有搭建ZooKeeper集群經(jīng)驗的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)绻错樞騿臃?wù)的話，啟動到第二臺機(jī)器的時候，Leader就已經(jīng)選出來了，所以大家會看到一般第二臺就是Leader。第三臺啟動的時候就作為Follower。

上面我們描述的是集群在初始化過程中Leader的選舉流程，如果集群在運行的過程中Follower節(jié)點宕機(jī)了，對Leader節(jié)點是不影響的，如果集群在運行的過程中Leader節(jié)點宕機(jī)了，就會進(jìn)行重新選舉，重新選舉的流程跟上述一致。

? Leader選舉的詳細(xì)流程?

如上圖是ZooKeeper選舉的核心算法邏輯圖，接下來我們詳細(xì)的看一下其選舉流程。

0x01 投票輪次遞增

用于標(biāo)識當(dāng)前投票的輪次，ZooKeeper規(guī)定了同一輪次的投票才是有效的。所以如果要進(jìn)行新一輪的投票，需要對投票輪次進(jìn)行遞增。

0x02 初始化選票

在投票之前每臺服務(wù)器都會初始化自己的選票，選票里面最重要的兩個值一個是本機(jī)的myid的值，一個是本機(jī)的ZXID的值。

0x03 發(fā)送初始化選票

完成選票的初始化以后，服務(wù)器就會發(fā)起第一次投票，第一次投票都是推薦自己為Leader，也就是都投自己。

0x04 判斷服務(wù)狀態(tài)

ZooKeeper的服務(wù)有四個狀態(tài)：LOOKING, FOLLOWING, LEADING, OBSERVING

LOOKING：尋找Leader的狀態(tài)。

FOLLOWING：跟隨者狀態(tài)。

LEADING：領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)。

OBSERVING：觀察者狀態(tài)。

如果當(dāng)前服務(wù)的狀態(tài)是LOOKING，那么說明還沒選舉出來Leader，繼續(xù)下面的步驟，正常情況下一開始都是LOOKING的狀態(tài)。

0x05 接受外部選票

每臺服務(wù)器會不斷的從某個隊列里面獲取外部的選票。如果發(fā)現(xiàn)服務(wù)器無法獲取外部的任何選票，那么就會立即確認(rèn)自己是否和集群中的其他服務(wù)器保持著有效連接。如果發(fā)現(xiàn)沒有建立連接，那么立馬建立連接。如果已經(jīng)建立連接了，那么再次發(fā)送自己的投票。

0x06 判斷選舉輪次

發(fā)送完初始化選票以后，接下來就要處理外部的選票了，處理選票的時候會根據(jù)不同輪次的選票進(jìn)行不同的處理。

??6.1 外部投票的選舉輪次大于自己的輪次

如果發(fā)現(xiàn)自己的投票輪次小于外部的輪次，那么立即更新自己的輪次，然后清空已經(jīng)接收到的選票。然后使用初始化的選票來PK剛剛的外部投票以確定是否變更自己的投票（PK的規(guī)則跟概述里描述一致）。

??6.2 外部投票的選舉輪次小于自己的輪次

如果接收到的選票的選舉輪次落后與服務(wù)器本身的輪次，那么直接忽略該外部選票，不做任何處理。

??6.3 外部投票的選舉輪次等于自己的輪次

大多數(shù)屬于這個情況，如果外部的選票的輪次跟自己的選票輪次一致的話，就進(jìn)行選票PK。

0x07 選票PK

（a）優(yōu)先對比ZXID，ZXID大的優(yōu)先作為Leader。

（b）如果ZXID一樣的話，那么就比較選票里的myid，myid大的選為Leader。

0x08 變更選票

通過選票PK以后，如果確定了別的服務(wù)的選票優(yōu)于自己的選票，那么就進(jìn)行選票變更，把自己的選票信息變更為更適合作為Leader的服務(wù)器的選票信息。然后再把這些選票發(fā)送出去。不過無論是否發(fā)生了選票變更，當(dāng)前的服務(wù)都會將剛剛接收到的選票進(jìn)行歸檔并按照服務(wù)器的myid來區(qū)分,如：{(0,vote1),(1,vote2),....}

0x09 統(tǒng)計投票

完成了選票歸檔之后，就可以統(tǒng)計選票了，說白了就是看是否有過半的服務(wù)器認(rèn)為某臺服務(wù)器適合做Leader，如果確定了則終止投票。否者返回步驟(4)。

0x0A 更新服務(wù)狀態(tài)

統(tǒng)計投票后，如果已經(jīng)確定出來Leader就終止投票，接下來就變更服務(wù)的狀態(tài)，首先看一下自己是不是Leader，如果自己是Leader那么就更新自己的狀態(tài)為Leader，如果不是Leader，那么就根據(jù)配置文件，要么切換為Follower，要么切換為Observer。

以上10個步驟就是ZooKeeper選舉的核心算法，其中4-9會經(jīng)過幾輪循環(huán)直到Leader產(chǎn)生。

最后

ZooKeeper是我們學(xué)習(xí)架構(gòu)的過程中必不可少的一個技術(shù)，今天主要跟大家講解了ZooKeeper的Leader選舉算法，后面會陸續(xù)剖析ZooKeeper的ZAB協(xié)議算法，數(shù)據(jù)快照機(jī)制，數(shù)據(jù)清理機(jī)制，會話機(jī)制，長連接機(jī)制等。歡迎大家持續(xù)關(guān)注。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如此火爆的ZooKeeper，到底如何选主？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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