Zookeeper的Quorum机制-谈谈怎样解决脑裂(split-brain)

在使用zookeeper的过程中,我们经常会看到这样一些说法:

1.zookeeper cluster的节点数目必须是奇数。

2.zookeeper 集群中必须超过半数节点(Majority)可用，整个集群才能对外可用。

这个说法在大多数情况下是正确的。

实际上ZooKeeper提供了几种方式来认定整个集群是否可用，Majority只是其中的一种。

(http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.5/zookeeperInternals.html)

1. Majority Quorums

2. Weight

3. Hierarchy of groups

所谓整个集群是否可用，隐含的一个意思就是整个集群还能够选举出一个”Leader”。

ZooKeeper默认设置的是采用Majority Qunroms的方式来支持Leader选举。在ZooKeeper中Quorums有2个作用：

1. 集群中最少的节点数用来选举Leader保证集群可用

2. 通知客户端数据已经安全保存前集群中最少数量的节点数已经保存了该数据。一旦这些节点保存了该数据，客户端将被通知已经安全保存了，可以继续其他任务。而集群中剩余的节点将会最终也保存了该数据

采用Quoroms投票的方式来选举Leader主要是为了解决“Split-Brain”问题( http://linux-ha.org/wiki/Split_Brain)。

Split-Brain问题说的是1个集群如果发生了网络故障，很可能出现1个集群分成了两部分，而这两个部分都不知道对方是否存活，不知道到底是网络问题还是直接机器down了，所以这两部分都要选举1个Leader，而一旦两部分都选出了Leader, 并且网络又恢复了，那么就会出现两个Brain的情况，整个集群的行为不一致了。

所以集群要防止出现Split-Brain的问题出现，Quoroms是一种方式，即只有集群中超过半数节点投票才能选举出Leader。

这样的方式可以确保leader的唯一性,要么选出唯一的一个leader,要么选举失败.

ZooKeeper默认采用了这种方式。更广义地解决Split-Brain的问题，一般有3种方式:

1.  Quorums

2. 采用Redundant communications，冗余通信的方式，集群中采用多种通信方式，防止一种通信方式失效导致集群中的节点无法通信。

3. Fencing, 共享资源的方式，比如能看到共享资源就表示在集群中，能够获得共享资源的锁的就是Leader，看不到共享资源的，就不在集群中

理解了Quorums就不难理解为什么集群中的节点数一般配置为奇数。节点数配置成奇数的集群的容忍度更高。

比如3个节点的集群，Quorums = 2, 也就是说集群可以容忍1个节点失效，这时候还能选举出1个lead，集群还可用

比如4个节点的集群，它的Quorums = 3，Quorums要超过3，相当于集群的容忍度还是1，如果2个节点失效，那么整个集群还是无效的

所以4个节点的集群的容忍度 = 3个节点的集群的容忍度，但是4个节点的集群多了1个节点，相当于浪费了资源。

更极端的例子是100个节点的集群，如果网络问题导致分为两个部分，50个节点和50个节点，这样整个集群还是不可用的，因为按照Quorums的方式必须51个节点才能保证选出1个Leader。这时候可以采用Weight加权的方式，有些节点的权值高，有些节点的权值低，最后计算权值，只要权值过半，也能选出1个Leader