zookeeper选举机制原理

学习内容

  • 一、zookeeper应用场景
  • 二、选举机制(面试)☆☆☆
  • 三、面试总结

一、zookeeper应用场景

提供的服务包括:统一命名服务、统一配置管理、0统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等

(1)统一命名服务

List item在分布式环境下,经常需要对应用/服务进行统一命名,便于识别。
例如:IP不容易记住,而域名容易记住。

(2)统一配置管理

分布式环境下,配置文件同步非常常见,一般要求一个集群中,所有节点的配置信息是一致的,比如 Kafka 集群。对配置文件修改后,希望能够快速同步到各个节点上。那么配置管理就可以交由ZooKeeper实现。

  1. 可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode
  2. 各个客户端服务器监听这个Znode
  3. 一 旦Znode中的数据被修改,ZooKeeper将通知各个客户端服务器

(3)统一集群管理

分布式环境中,实时掌握每个节点的状态是必要的,可根据节点实时状态做出一些调整,ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化

  1. 可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
  2. 监听这个ZNode可获取它的实时状态变化

(4)服务器动态上下线

客户端能实时洞察到服务器上下线的变化

  1. 服务端启动时去注册信息(创建都是临时节点)
  2. 获取到当前在线服务器列表,并且注册监听
  3. 服务器节点下线
  4. 服务器节点上下线事件通知

(5)软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数,让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求

二、选举机制(面试)☆☆☆

SID:服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器,每台机器不能重复,和myid一致

ZXID:事务ID。ZXID是一个事务ID,用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻,集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致,这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑有关

Epoch:每个Leader任期的代号。没有Leader时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

(1)Zookeeper选举机制——第一次启动
zookeeper选举机制原理_第1张图片

  1. 服务器1启 动,发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票,不够半数以上(3票),选举无法完成,服务器1状态保持为LOOKING;
  2. 服务器2启动,再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息:此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的(服务器1) 大,更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票,服务器2票数2票,没有半数以上结果,选举无法完成,服务器1,2状态保持LOOKING
  3. 服务器3启动,发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果:服务器1为0票,服务器2为0票,服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数,服务器3当选Leader。服务器1,2更改状态为FOLLOWING,服务器3更改状态为LEADING;
  4. 服务器4启动,发起一次选举。此时服务器1,2,3已经不是LOOKING状态,不会更改选票信息。交换选票信息结果:服务器3为3票,服务器4为 1票。此时服务器4服从多数,更改选票信息为服务器3,并更改状态为FOLLOWING;
  5. 服务器5启动,同4一样当小弟。

(2)Zookeeper选举机制——非第一次启动

  1. 当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时,就会开始进入Leader选举:
    ①服务器初始化启动
    ②服务器运行期间无法和Leader保持连接
  2. 而当一台机器进入Leader选举流程时,当前集群也可能会处于以下两种状态:
    集群中本来就已经存在一个Leader
    其中一台机器连接不上Leader试图去选举Leader是,会被告知前服务器的Leader信息,对于该机器来说,仅仅需要和Leader机器建立连接,并进行状态同步即可。
    集群中确实不存在Leader
    假设ZooKeeper由5台服务器组成,SID分别为1、2、3、4、5,ZXID分别为8、8、8、7、7,并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻,3和5服务器出现故障,因此开始进行Leader选举。
    SID为1、2、4的机器投票情况:
EPOCH ZXID SID
机器1 1 8 1
机器2 1 8 2
机器3 1 8 4

选举规则
(1)EPOCH大的直接胜出
(2)EPOCH相同,事务id大的胜出
(3)事务id相同,服务器id大的胜出

三、面试总结

1.选举机制

半数机制,超过半数的投票通过,即通过。

(1)第一次启动选举规则:

投票过半数时,服务器 id 大的胜出

(2)第二次启动选举规则:

  • EPOCH 大的直接胜出
  • EPOCH 相同,事务 id 大的胜出
  • 事务 id 相同,服务器 id 大的胜出

2.生产集群安装多少 zk 合适?

  • 首先安装节点数奇数台
  • 10 台服务器:3 台 zk
  • 20 台服务器:5 台 zk
  • 100 台服务器:11 台 zk
  • 200 台服务器:11 台 zk

服务器台数多:好处,提高可靠性;坏处:提高通信延时

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