Zookeeper 集群节点选举原理实现(一)

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Zookeeper 是一个分布式协调服务，它在分布式系统中提供了高可用性和强一致性。
Zookeeper 的集群部署通过领导节点（Leader）选举机制来确保集群的高可用性和一致性。
以下是 Zookeeper 领导节点选举的原理介绍和实现逻辑。

（图片来源网络，侵删）

Zookeeper 使用 Zab（Zookeeper Atomic Broadcast）协议来实现一致性和领导节点选举。Zab 协议分为两个阶段：

选举阶段：
- 当集群启动或现有领导节点失效时，Zookeeper 进入选举阶段。
- 在选举阶段，每个节点会选举自己为领导节点，并广播自己的投票信息。
- 每个节点会接收其他节点的投票信息，根据投票信息选举出新的领导节点。
广播阶段：
- 新的领导节点选举成功后，进入广播阶段。
- 在广播阶段，领导节点会接收客户端的写请求，并将请求转发给所有跟随节点（Follower）。
- 当多数跟随节点确认请求后，领导节点会将结果返回给客户端，并通知所有跟随节点提交请求。

领导节点选举是 Zab 协议的重要组成部分，其过程如下：

投票阶段：
- 每个节点都会投票给自己，并将投票信息广播给其他节点。投票信息包括节点的 ID 和事务 ID（ZXID）。
- 每个节点接收其他节点的投票信息，并比较事务 ID。事务 ID 较大的节点优先成为领导节点。
- 如果事务 ID 相同，则比较节点 ID，ID 较大的节点优先成为领导节点。
投票收敛：
- 节点持续接收和比较投票信息，直到多数节点达成一致，选出新的领导节点。
领导节点确认：
- 新的领导节点会将其身份广播给所有节点，并进入同步阶段。
- 在同步阶段，领导节点会将其最新的状态信息同步给所有跟随节点。
集群稳定：
- 同步完成后，新的领导节点开始处理客户端请求，集群进入稳定状态。

Zookeeper 领导节点选举的实现逻辑可以通过以下关键类和方法来理解：

QuorumPeer 类：
- QuorumPeer 类是 Zookeeper 集群中的每个节点，它负责启动和管理选举过程。
- QuorumPeer 类包含选举逻辑、状态管理和通信机制。
FastLeaderElection 类：
- FastLeaderElection 类实现了快速领导节点选举算法。
- lookForLeader() 方法是选举过程的核心逻辑，它负责发起和处理选举投票。
Vote 类：
- Vote 类表示选举中的投票信息，包括节点 ID 和事务 ID。

以下是一个简化的选举过程示例：

初始化：
- 假设有三个节点 A、B 和 C。每个节点都有一个唯一的 ID 和事务 ID。
- 节点启动后，初始化选举过程，投票给自己，并将投票信息广播给其他节点。
投票收敛：
- 节点 A 接收来自节点 B 和 C 的投票信息，比较事务 ID 和节点 ID。
- 节点 B 接收来自节点 A 和 C 的投票信息，比较事务 ID 和节点 ID。
- 节点 C 接收来自节点 A 和 B 的投票信息，比较事务 ID 和节点 ID。
选举结果：
- 多数节点达成一致，选举出节点 A 为领导节点。
- 节点 A 将其身份广播给所有节点，进入同步阶段。
同步和稳定：
- 节点 A 将最新的状态信息同步给节点 B 和 C。
- 同步完成后，节点 A 开始处理客户端请求，集群进入稳定状态。

以下是一个简化的代码示例，展示了 Zookeeper 领导节点选举的基本逻辑：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
class Vote {
   
    int nodeId;
    long zxid;