ZooKeeper 技术内幕：Leader 选举
2016-01-25
概要
几个问题，引发思考：
- 什么时候 leader 选举？
- 选举的过程？
- 选举过程中，是否能提供服务？
- 选举结果，是否会丢失数据？
服务器角色
2 个小问题：
- 服务器节点有多少角色？
- 每个角色的作用？
角色
ZK 集群中，服务器节点，有 3 中角色：
- Leader：ZK 集群工作机制的核心，主要工作：
- 调度者：集群内部各个服务节点的调度者
- 事务请求：事务请求的唯一调度和处理者，保证集群事务处理的顺序性
- Follower：主要职责：
- 非事务请求：Follower 直接处理非事务请求，对于事务请求，转发给 Leader
- Proposal 投票：Leader 上执行事务时，需要 Follower 投票，Leader 才真正执行
- Leader 选举投票
- Observer：ZK
3.3.0+版本开始引入，提升 ZK 集群的非事务处理能力，主要职责：- 非事务请求：Follower 直接处理非事务请求，对于事务请求，转发给 Leader
特别说明：Observer 跟 Follower 的唯一区别：
- Follower 参与投票：Leader 选举、Proposal 提议投票（事务执行确认）
- Observer 不参与投票：只用于提供非事务请求的处理
疑问：节点成为 Follower 还是 Observer 是 配置文件中设定的？
Leader 选举
2 个小问题：
- 什么时候，进行 Leader 选举？
- Leader 选举的具体过程，是什么？
时机
下面任何一种情况，都会触发 Leader 选举：
- 启动时，集群服务器刚启动
- 运行时，Leader 崩溃
服务器的状态流转：
过程
Leader 选举过程，本质就是广播优先级消息的过程，选出数据最新的服务节点，选出优先级最高的服务节点，基本步骤：
- 各个服务器节点，广播自己的优先级标识
(sid，zxid) - 服务器节点收到其他广播消息后，跟自己的优先级对比，自己优先级低，则变更当前节点投票的优先级
(sid，zxid)，并广播变更后的结果 - 当任意一个服务器节点收到的投票数，超过了
法定数量(quorum)，则，升级为 Leader，并广播结果。
疑问：法定数量（quorum），一般设置为集群规模大小的半数以上，quorum 在哪配置的？
特别说明：
- 服务器节点的优先级标识：
(sid，zxid) - 优先比较
zxid（事务 ID），其次比较sid（服务器ID） sid(服务器 ID) 是节点配置文件中设定的- 当前服务器上的
zxid是什么时候设定的？是在 Leader 执行事务过程中，向当前服务器同步的？如何活的当前服务器上的zxid？
具体选举过程：
补充说明：
- 由于网络延时，节点得不到足够多广播信息时，会做出错误的投票判断，纠正过程更耗时
- 选举过程中，服务器节点会等待一定时间，再广播投票信息，时间间隔一般设定为
200 ms - 上面 Leader 选举，采取事件触发
Push 方式广播消息，称为快速 Leader 选举，因为之前的 Leader 选举，采用Pull 方式，每隔1s拉取一次。
疑问：
服务器节点，等待
200ms的起始时间点是什么？是收到一轮新投票消息，开始计时？RE：
- 正常情况下，投票信息是
事件触发，广播出去的；- 当某个服务器节点，判断支持当前节点的投票数量 >=
法定数量（quorum），则，仍然等待200ms，确认是否有更优的投票。
真正的投票信息：
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| id | 被推举 Leader 的 sid |
| zxid | 被推举 Leader 的事务ID |
| electionEpoch | 投票的轮数，约束：同一轮投票，计数有效 |
| peerEpoch | 被推举 Leader 的 epoch |
| state | 当前服务器的状态 |
一次 Leader 选举过程，属于同一个 electionEpoch，结束时，会选出新的 Leader；服务器节点，在比较 (sid，zxid) 之前，会先比较选举轮次 electionEpoch，只有同一轮次的 Leader 投票信息才是有效的：
- 外部投票轮次 > 内部投票轮次，更新内部投票，并且触发当前节点投票信息的重新广播
- 外部投票轮次 < 内部投票轮次，直接忽略当前的外部投票
- 外部投票轮次 = 内部投票轮次，进一步比较
(sid，zxid)
疑问：Leader 负责执行所有的事务操作，一次事务操作，
- Leader 如何将事务操作同步到 Follower 和 Observer ？同步、异步？
- 如何保证同步过程中，事务一定执行成功？事务失败的影响？
Leader 上执行的事务状态，通过 Zab 状态更新的广播协议，更新到 Follower 和 Observer。
附录
分布式系统 Leader 选举：脑裂
脑裂（split brain）：服务器集群的 2 个子集，能够同时独立选举 Leader，并正常运行，形成 2 个集群。
解决办法：Leader 选举的法定数量（quorum），超过正常集群的半数。
Leader 选举的必要条件：节点数量 > 法定数量。
参考资料
原文地址：https://ningg.top/zookeeper-lesson-2-leader-election/