集群个数:

  2n+1,因为集群当宕机大于等于二分之一的机子时,集群选举会失败。故 2n+1台机器和3n台机器可靠性相同

Leader的作用:

  为了实现各个节点数据的一致性,需要一个负责协调数据同步的操作,从而减小数据同步的复杂性

2PC(俩阶段提交):

ZAB协议(支持崩溃恢复的原子广播协议):

俩种基本模式:1. 崩溃恢复  2. 原子广播

当leader出现网络中断,宕机等情况时,ZAB协议就会进入恢复模式选取新leader,当 leader 服务器选举出来后,并且集群中有过半的机器和该 leader 节点完成数据同步后(同步指的是数据同步,用来保证集群中过半的机器能够和 leader 服务器的数据状态保持一致),ZAB 协议就会退出恢复模式,进入广播模式,此时leader正常工作,当启动新的机器时,该机器即进入数据恢复模式,与leader同步数据

消息广播的实现原理:

集群收到客户端的事务操作,将事务转发给leader,leader将消息赋予全局唯一的64位自增ID(ZXID),Leader将消息放入FIFO(First Input First Output)队列中,将带有zxid的消息作为一个Proposal(提议)发送给Follower,当 follower 接收到 proposal,先把 proposal 写到磁盘,写入成功以后再向 leader 回复一个 ack,只要超过半数节点反馈写入成功,leader发送commit消息,则这次事务操作提交(类似2PC)

崩溃恢复(数据恢复):

当Leader发送无法连接,宕机等情况时导致leader失去了与过半follower的联系时,则会进入崩溃恢复模式。同时需要满足俩点:

1. 已被处理的消息不可以丢失

  当leader在处理事务,且已经有节点收到了commit事务时,leader失去与其他follower的联系导致其他节点没有commit事务,此部分数据视为已处理消息,不可以丢失

2. 被丢弃的消息不可以再出现

  当leader在处理事务,且再发送commit提交事务前,leader宕机,此消息视为被丢弃消息。在重新选取leader后,原leader被重启,重新加入集群,原leader中未被体提交的数据需要被删除

为了满足上述俩个要求,需要设计一个leader选举算法

leader需要拥有最大zxid(事务id),这使得leader保存了所有已经被commit的事务。

  ZXID是一个64位自增的事务id,它包括前32位epoch编号,后32位消息计数器。每当zookeeper重新选举leader时,epoch就会+1,同时消息计数器重置为0。通过epoch编号,当老的leader重新接入时,可以通过epoch清楚旧的未commit得事务。

Leader选举:

结果,投票时,优先投票zxid最大,相同则投票myid最大的节点

过程:当节点启动时,节点进入LOOKING状态,处于观望状态,接下来就开始进行选主流程。起初每个节点会将自己作为leader投票,将自己的 zxid,myid,epoch发送给其他节点。当节点接受到其他节点的投票时,会判断其他节点投票的有效性(epoch是否为本轮编号,是否为LOOKING状态等),如有效,则通过比较 ZXID,MYID与自己的投票PK,将ZXID,MYID最大的重新投票。当leader选取好后,后加入的节点则作为follower(不考虑observer)

例:

1,2,3三台机子,epoch相等。按1,2,3启动,当1,2启动时,通过上述方式,选取2为leader,当3启动时,因leader已选取好,故自己作为follower

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