ZooKeeper集群解析

ZooKeeper集群解析。

这篇文章中来介绍一下 ZooKeeper 相关的集群角色，还有 ZAB协议，集群的安装在 ZooKeeper入门中有介绍。

一、ZooKeeper集群中的角色

Leader 集群工作机制中的核心事务请求的唯一调度和处理者，保证集群事务处理的顺序集群内部个服务器的调度者(管理 follower,数据同步)，为客户端提供读和写的服务，负责投票的发起和决议，更新系统状态。
Follower 集群工作机制中的跟随者处理非事务请求，为客户端提供读服务，如果是写服务则转发给Leader，参与事务请求 proposal 投票参与 leader 选举投票。
Observer 观察者3.30 以上版本提供，和 follower 功能相同，但不参与任何形式投票处理非事务请求，转发事务请求给 Leader 提高集群非事务处理能力，如果版本高于3.30需要配置使用方式:server.0=192.168.182.130:2888:3888:Observer。

二、ZooKeeper集群一致性协议ZAB

ZAB协议的实现借鉴于 Paxos，是为了解决分布式系统的数据一致性问题。

1. 总览

zookeeper 就是根据 zab 协议建立了主备模型完成集群的数据同步（保证数据的一致性），前面介绍了集群的各种角色，这说所说的主备架构模型指的是，在 zookeeper 集群中，只有一台 leader（主节点）负责处理外部客户端的事务请求（写操作），leader 节点负责将客户端的写操作数据同步到所有的 follower 节点中，大概流程如下：

zab 协议核心是在整个 zookeeper 集群中只有一个节点既 leader 将所有客户端的写操作转化为事务（提议 proposal），leader 节点再数据写完之后，将向所有的 follower 节点发送数据广播请求（数据复制）。
等所有的 follower 节点的反馈。
在 zab 协议中，只要超过半数 follower 节点反馈 ok，leader 节点会向所有 follower 服务器发送 commit 消息，既将 leader 节点上的数据同步到 follower 节点之上。

2. 崩溃恢复

什么时候会发生崩溃恢复？

当服务器启动时
当leader 服务器出现网络中断，崩溃或者重启的情况
当集群中已经不存在过半的服务器与Leader服务器保持正常通信

崩溃恢复的过程

每个 Server 会发出一个投票,第一次都是投自己。投票信息：（myid，ZXID）
收集来自各个服务器的投票
处理投票并重新投票，处理逻辑：优先比较 ZXID,然后比较 myid
统计投票，只要超过半数的机器接收到同样的投票信息，就可以确定 leader
改变服务器状态

为什么要有限比较ZXID呢？

因为ZXID为事务id，值越大，证明它的数据最新。

在这个选举过程中每个 Server 有三种状态：

LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻
LEADING：当前Server即为选举出来的leader
FOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步

两种特殊情况

已经被处理的事务请求（proposal）不能丢（commit的）。
没被处理的事务请求（proposal）不能再次出现。

情况一的出现场景：

当 leader 收到合法数量 follower 的 ACK 后，就向各个 follower 广播 commit 命令，同时也会在本地执行 commit 并向连接的客户端返回成功，但是如果在各个 follower 在收到 commit 命令前 leader 就挂了，导致剩下的服务器并没有执行都这条消息。

那么这种情况要怎么处理呢？

1、选举 ZXID 最大的节点作为新的 leader：由于所有提案被 commit 之前必须有合法数量的 follower ACK，即必须有合法数量的服务器的事务日志上有该 proposal，因此，ZXID 最大也就是数据最新的节点保存了所有被 commit 消息的 proposal 状态。

2、新的 leader 将自己事务日志中 proposal 但未 COMMIT 的消息处理。

3、新的 leader 与 follower 建立先进先出的队列，先将自身有而 follower 没有的 proposal 发送给 follower，再将这些 proposal 的 COMMIT 命令发送给 follower，以保证所有的 follower 都保存了所有的 proposal、所有的 follower 都处理了所有的消息，通过以上策略，能保证已经被处理的消息不会丢。

情况二的出现场景

当 leader 接收到消息请求生成 proposal 后就挂了，其他 follower 并没有收到此 proposal，因此经过恢复模式重新选了 leader 后，这条消息是被跳过的，此时，之前挂了的 leader 重新启动并注册成了 follower，他保留了被跳过消息的 proposal 状态，与整个系统的状态是不一致的，所以需要将其删除。

3. 消息广播

在 zookeeper 集群中数据副本的传递策略就是采用的广播模式，Zab 协议中的 leader 等待 follower 的 ack 反馈，只要半数以上的 follower 成功反馈就好，不需要收到全部的 follower 反馈。

具体步骤如下：

客户端发起一个写操作请求
Leader 服务器将客户端的 request 请求转化为事物 proposql 提案，同时为每个 proposal 分配一个全局唯一的 ID，即 ZXID
leader 服务器与每个 follower 之间都有一个队列，leader 将消息发送到该队列
follower 机器从队列中取出消息处理完(写入本地事物日志中)毕后，向 leader 服务器发送 ACK 确认
leader 服务器收到半数以上的 follower 的 ACK 后，即认为可以发送 commit
leader 向所有的 follower 服务器发送 commit 消息

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文章作者：IT王小二

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