理解zookeeper选举机制

*:first-child {
margin-top: 0 !important;
}

body>*:last-child {
margin-bottom: 0 !important;
}

/* BLOCKS
=============================================================================*/

p, blockquote, ul, ol, dl, table, pre {
margin: 15px 0;
}

/* HEADERS
=============================================================================*/

h1, h2, h3, h4, h5, h6 {
margin: 20px 0 10px;
padding: 0;
font-weight: bold;
-webkit-font-smoothing: antialiased;
}

h1 tt, h1 code, h2 tt, h2 code, h3 tt, h3 code, h4 tt, h4 code, h5 tt, h5 code, h6 tt, h6 code {
font-size: inherit;
}

h1 {
font-size: 28px;
color: #000;
}

h2 {
font-size: 24px;
border-bottom: 1px solid #ccc;
color: #000;
}

h3 {
font-size: 18px;
}

h4 {
font-size: 16px;
}

h5 {
font-size: 14px;
}

h6 {
color: #777;
font-size: 14px;
}

body>h2:first-child, body>h1:first-child, body>h1:first-child+h2, body>h3:first-child, body>h4:first-child, body>h5:first-child, body>h6:first-child {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

a:first-child h1, a:first-child h2, a:first-child h3, a:first-child h4, a:first-child h5, a:first-child h6 {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

h1+p, h2+p, h3+p, h4+p, h5+p, h6+p {
margin-top: 10px;
}

/* LINKS
=============================================================================*/

a {
color: #4183C4;
text-decoration: none;
}

a:hover {
text-decoration: underline;
}

/* LISTS
=============================================================================*/

ul, ol {
padding-left: 30px;
}

ul li > :first-child,
ol li > :first-child,
ul li ul:first-of-type,
ol li ol:first-of-type,
ul li ol:first-of-type,
ol li ul:first-of-type {
margin-top: 0px;
}

ul ul, ul ol, ol ol, ol ul {
margin-bottom: 0;
}

dl {
padding: 0;
}

dl dt {
font-size: 14px;
font-weight: bold;
font-style: italic;
padding: 0;
margin: 15px 0 5px;
}

dl dt:first-child {
padding: 0;
}

dl dt>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dt>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

dl dd {
margin: 0 0 15px;
padding: 0 15px;
}

dl dd>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dd>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* CODE
=============================================================================*/

pre, code, tt {
font-size: 12px;
font-family: Consolas, "Liberation Mono", Courier, monospace;
}

code, tt {
margin: 0 0px;
padding: 0px 0px;
white-space: nowrap;
border: 1px solid #eaeaea;
background-color: #f8f8f8;
border-radius: 3px;
}

pre>code {
margin: 0;
padding: 0;
white-space: pre;
border: none;
background: transparent;
}

pre {
background-color: #f8f8f8;
border: 1px solid #ccc;
font-size: 13px;
line-height: 19px;
overflow: auto;
padding: 6px 10px;
border-radius: 3px;
}

pre code, pre tt {
background-color: transparent;
border: none;
}

kbd {
-moz-border-bottom-colors: none;
-moz-border-left-colors: none;
-moz-border-right-colors: none;
-moz-border-top-colors: none;
background-color: #DDDDDD;
background-image: linear-gradient(#F1F1F1, #DDDDDD);
background-repeat: repeat-x;
border-color: #DDDDDD #CCCCCC #CCCCCC #DDDDDD;
border-image: none;
border-radius: 2px 2px 2px 2px;
border-style: solid;
border-width: 1px;
font-family: "Helvetica Neue",Helvetica,Arial,sans-serif;
line-height: 10px;
padding: 1px 4px;
}

/* QUOTES
=============================================================================*/

blockquote {
border-left: 4px solid #DDD;
padding: 0 15px;
color: #777;
}

blockquote>:first-child {
margin-top: 0px;
}

blockquote>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* HORIZONTAL RULES
=============================================================================*/

hr {
clear: both;
margin: 15px 0;
height: 0px;
overflow: hidden;
border: none;
background: transparent;
border-bottom: 4px solid #ddd;
padding: 0;
}

/* IMAGES
=============================================================================*/

img {
max-width: 100%
}
-->

zookeeper集群

配置多个实例共同构成一个集群对外提供服务以达到水平扩展的目的，每个服务器上的数据是相同的，每一个服务器均可以对外提供读和写的服务，这点和redis是相同的，即对客户端来讲每个服务器都是平等的。

这篇主要分析leader的选择机制，zookeeper提供了三种方式：

  • LeaderElection
  • AuthFastLeaderElection
  • FastLeaderElection

默认的算法是FastLeaderElection，所以这篇主要分析它的选举机制。

选择机制中的概念

服务器ID

比如有三台服务器，编号分别是1,2,3。

编号越大在选择算法中的权重越大。

数据ID

服务器中存放的最大数据ID.

值越大说明数据越新，在选举算法中数据越新权重越大。

逻辑时钟

或者叫投票的次数，同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加，然后与接收到的其它服务器返回的投票信息中的数值相比，根据不同的值做出不同的判断。

选举状态

  • LOOKING，竞选状态。
  • FOLLOWING，随从状态，同步leader状态，参与投票。
  • OBSERVING，观察状态,同步leader状态，不参与投票。
  • LEADING，领导者状态。

选举消息内容

在投票完成后，需要将投票信息发送给集群中的所有服务器，它包含如下内容。

  • 服务器ID
  • 数据ID
  • 逻辑时钟
  • 选举状态

选举流程图

因为每个服务器都是独立的，在启动时均从初始状态开始参与选举，下面是简易流程图。

选举状态图

描述Leader选择过程中的状态变化，这是假设全部实例中均没有数据，假设服务器启动顺序分别为：A,B,C。

源码分析

QuorumPeer

主要看这个类，只有LOOKING状态才会去执行选举算法。每个服务器在启动时都会选择自己做为领导，然后将投票信息发送出去，循环一直到选举出领导为止。

public void run() {
        //.......

        try {
            while (running) {
                switch (getPeerState()) {
                case LOOKING:
                    if (Boolean.getBoolean("readonlymode.enabled")) {
                        //...
                        try {
                           //投票给自己...
                            setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader());
                        } catch (Exception e) {
                            //...
                        } finally {
                            //...
                        }
                    } else {
                        try {
                           //...
                            setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader());
                        } catch (Exception e) {
                            //...
                        }
                    }
                    break;
                case OBSERVING:
                    //...
                    break;
                case FOLLOWING:
                    //...
                    break;
                case LEADING:
                    //...
                    break;
                }

            }
        } finally {
            //...
        }
    }

FastLeaderElection

它是zookeeper默认提供的选举算法，核心方法如下：具体的可以与本文上面的流程图对照。

public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
        //...
        try {
            HashMap<Long, Vote> recvset = new HashMap<Long, Vote>();

            HashMap<Long, Vote> outofelection = new HashMap<Long, Vote>();

            int notTimeout = finalizeWait;

            synchronized(this){
                //给自己投票
                logicalclock.incrementAndGet();
                updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch());
            }

            //将投票信息发送给集群中的每个服务器
            sendNotifications();

            //循环，如果是竞选状态一直到选举出结果

            while ((self.getPeerState() == ServerState.LOOKING) &&
                    (!stop)){

                Notification n = recvqueue.poll(notTimeout,
                        TimeUnit.MILLISECONDS);

                //没有收到投票信息
                if(n == null){
                    if(manager.haveDelivered()){
                        sendNotifications();
                    } else {
                        manager.connectAll();
                    }

                    //...
                }
                //收到投票信息
                else if (self.getCurrentAndNextConfigVoters().contains(n.sid)) {

                    switch (n.state) {
                    case LOOKING:

                        // 判断投票是否过时，如果过时就清除之前已经接收到的信息
                        if (n.electionEpoch > logicalclock.get()) {
                            logicalclock.set(n.electionEpoch);
                            recvset.clear();
                            //更新投票信息
                            if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                    getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch())) {
                                updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                            } else {
                                updateProposal(getInitId(),
                                        getInitLastLoggedZxid(),
                                        getPeerEpoch());
                            }
                            //发送投票信息
                            sendNotifications();
                        } else if (n.electionEpoch < logicalclock.get()) {
                            //忽略
                            break;
                        } else if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) {
                            //更新投票信息
                            updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                            sendNotifications();
                        }                     

                        recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch));
                        //判断是否投票结束
                        if (termPredicate(recvset,
                                new Vote(proposedLeader, proposedZxid,
                                        logicalclock.get(), proposedEpoch))) {

                            // Verify if there is any change in the proposed leader
                            while((n = recvqueue.poll(finalizeWait,
                                    TimeUnit.MILLISECONDS)) != null){
                                if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                        proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)){
                                    recvqueue.put(n);
                                    break;
                                }
                            }

                            if (n == null) {
                                self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());

                                Vote endVote = new Vote(proposedLeader,
                                        proposedZxid, proposedEpoch);
                                leaveInstance(endVote);
                                return endVote;
                            }
                        }
                        break;
                    case OBSERVING:
                        //忽略
                        break;
                    case FOLLOWING:
                    case LEADING:
                        //如果是同一轮投票
                        if(n.electionEpoch == logicalclock.get()){
                            recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch));
                            //判断是否投票结束
                            if(termPredicate(recvset, new Vote(n.leader,
                                            n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch, n.state))
                                            && checkLeader(outofelection, n.leader, n.electionEpoch)) {
                                self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());

                                Vote endVote = new Vote(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                                leaveInstance(endVote);
                                return endVote;
                            }
                        }

                        //记录投票已经完成
                        outofelection.put(n.sid, new Vote(n.leader,
                                IGNOREVALUE, IGNOREVALUE, n.peerEpoch, n.state));
                        if (termPredicate(outofelection, new Vote(n.leader,
                                IGNOREVALUE, IGNOREVALUE, n.peerEpoch, n.state))
                                && checkLeader(outofelection, n.leader, IGNOREVALUE)) {
                            synchronized(this){
                                logicalclock.set(n.electionEpoch);
                                self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());
                            }
                            Vote endVote = new Vote(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                            leaveInstance(endVote);
                            return endVote;
                        }
                        break;
                    default:
                        //忽略
                        break;
                    }
                } else {
                    LOG.warn("Ignoring notification from non-cluster member " + n.sid);
                }
            }
            return null;
        } finally {
            //...
        }
    }

判断是否已经胜出

默认是采用投票数大于半数则胜出的逻辑。

选举流程简述

目前有5台服务器，每台服务器均没有数据，它们的编号分别是1,2,3,4,5,按编号依次启动，它们的选择举过程如下：

  • 服务器1启动，给自己投票，然后发投票信息，由于其它机器还没有启动所以它收不到反馈信息，服务器1的状态一直属于Looking。
  • 服务器2启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1交换结果，由于服务器2的编号大所以服务器2胜出，但此时投票数没有大于半数，所以两个服务器的状态依然是LOOKING。
  • 服务器3启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1,2交换信息，由于服务器3的编号最大所以服务器3胜出，此时投票数正好大于半数，所以服务器3成为领导者，服务器1,2成为小弟。
  • 服务器4启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1,2,3交换信息，尽管服务器4的编号大，但之前服务器3已经胜出，所以服务器4只能成为小弟。
  • 服务器5启动，后面的逻辑同服务器4成为小弟。
时间： 2025-01-03 16:34:46

理解zookeeper选举机制的相关文章

zookeeper选举机制

在上一篇文章中我们大致浏览了zookeeper的启动过程,并且提到在Zookeeper的启动过程中leader选举是非常重要而且最复杂的一个环节.那么什么是leader选举呢?zookeeper为什么需要leader选举呢?zookeeper的leader选举的过程又是什么样子的?本文的目的就是解决这三个问题. 首先我们来看看什么是leader选举.其实这个很好理解,leader选举就像总统选举一样,每人一票,获得多数票的人就当选为总统了.在zookeeper集群中也是一样,每个节点都会投票,如

8.8.ZooKeeper 原理和选举机制

1.ZooKeeper原理 Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave但是,zookeeper工作时,是有一个节点为leader,其他则为follower,Leader是通 过内部的选举机制临时产生的 2.ZooKeeper选举机制 2.1.概念 2.2. zk的选举机制(全新集群paxos):新搭建,无任何数据(通过myid) 2.3. 非全新集群的选举机制(数据恢复) 原文地址:https://www.cnblogs.com/yaboya/p/9149077.htm

zookeeper leader选举机制

最近看了下zookeeper的源码,先整理下leader选举机制 先看几个关键数据结构和函数 服务可能处于的状态,从名字应该很好理解 public enum ServerState { LOOKING, FOLLOWING, LEADING, OBSERVING; } 选票参数,还有Notification,参数也都差不多 static public class ToSend { long leader; //leader id long zxid; //选票的zxid long electio

Zookeeper中的选举机制

Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave,但是,zookeeper工作时,是有一个节点为leader,其他则为follower.leader是通过内部的选举机制临时产生的. 选举机制大致可以分为以下两种: 1. 全新集群的选举机制 以一个简单的例子来说明整个选举的过程. 假设有五台服务器组成的zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的.假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么. 1) 服务器

zookeeper的选举机制

1)半数机制:集群中半数以上机器存活,集群可用.所以zookeeper适合装在奇数台机器上. 2)Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave.但是,zookeeper工作时,是有一个节点为leader,其他则为follower,Leader是通过内部的选举机制临时产生的 3)以一个简单的例子来说明整个选举的过程. 假设有五台服务器组成的zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的.假设这些服务器

Apache ZooKeeper Watcher 机制源码解释

分布式系统从根本上来说就是不同节点上的进程并发执行,并且相互之间对进程的行为进行协调处理的过程.不同节点上的进程互相协调行为的过程叫做分布式同步.许多分布式系统需要一个进程作为任务的协调者,执行一些其他进程并不执行的特殊的操作,一般情况下哪个进程担当任务的协调者都无所谓,但是必须有一个进程作为协调者,自动选举出一个协调者的过程就是分布式选举.ZooKeeper 正是为了解决这一系列问题而生的.上一篇我们介绍了 ZooKeeper 服务启动原理和源代码剖析,这一讲我们来谈谈 Watcher 机制,

8. 理解ZooKeeper的内部工作原理

到目前为止,我们已经讨论了ZooKeeper服务的基础知识,并详细了解了数据模型及其属性. 我们也熟悉了ZooKeeper 监视(watch)的概念,监视就是在ZooKeeper命名空间中的znode发生任何变化时完成的事件机制. 我们通过公开一组与znodes相关联的ACL来读取身份验证和基本安全模型. 在本节中,我们将通过介绍ZooKeeper session的概念来讨论和了解客户端与ZooKeeper服务交互的生命周期. 我们还将详细阅读ZooKeeper如何在内部描述协议. 了解以及深入

Zookeeper核心机制

Zookeeper是Hadoop下的一个子项目,它是一个针对大型分布式系统的可靠的协调系统,提供的功能包括命名服务.配置维护.分布式同步.集群服务等. Zookeeper是可以集群复制的,集群间通过Zab(Zookeeper Atomic Broadcast)协议来保持数据的一致性. 该协议包括2个阶段:leader election阶段和Actomic broadcast阶段.集群中将选举出一个leader,其他的机器则称为follower,所有的写操作都被传送给leader,并通过broad

zookeeper 内部机制学习

zookeeper 内部机制学习 1. zk的设计目标 最终一致性:client不论连接到那个Server,展示给它的都是同一个视图. 可靠性:具有简单.健壮.良好的性能.如果消息m被到一台服务器接收,那么消息m将被所有服务器接收. 实时性:Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息,或者服务器失效的信息.但由于网络延时等原因,Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据,如果需要最新数据,应该在读数据之前调用sync()接口. 等待无关(wait-fr