Zookeeper学习：Leader选举

1. Leader选举概述

Leader选举是zookeeper最重要的技术之一，也是保证分布式数据一致性的关键所在。

当Zookeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，需要进入Leader选举。

• 服务器初始化启动。
• 服务器运行期间无法和Leader保持连接。

2. 服务器启动时期的Leader选举

若进行Leader选举，则至少需要两台机器，这里选取3台机器组成的服务器集群为例。在集群初始化阶段，当有一台服务器Server1启动时，其单独无法进行和完成Leader选举，当第二台服务器Server2启动时，此时两台机器可以相互通信，每台机器都试图找到Leader，于是进入Leader选举过程。选举过程如下

2.1 每个Server发出一个投票

由于是初始情况，Server1（假设myid为1）和Server2（假设myid为2）都会将自己作为Leader服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器的myid和ZXID，使用（myid，ZXID）来表示，此时Server1的投票为（1，0），Server2的投票为（2，0），然后各自将这个投票发给集群中其他机器

2.2 接受来自各个服务器的投票

集群的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查是否是本轮投票、是否来自LOOKING状态的服务器。

2.3 处理投票

针对每一个投票，服务器都需要将别人的投票和自己的投票进行PK，PK规则如下

• 优先检查ZXID。ZXID比较大的服务器优先作为Leader。
• 如果ZXID相同，那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器。

现在我们来看Server1和Server2实际是如何进行投票处理的。对于Server1来说，它自己的投票是（1，0），而接收到的投票为（2，0）。首先会对比两者的ZXID，因为都是0，所以无法决定谁是Leader。接下来会对比两者的myid，很显然，Server1发现接收到的投票中的myid是2，大于自己，于是就会更新自己的投票为（2，0），然后重新将投票发出去。而对于Server2来说，不需要更新自己的投票

2.4 统计投票

每次投票后，服务器都会统计所有投票，判断是否已经有过半的机器接收到相同的投票信息。对于Server1和server2服务器来说，都统计出集群中已经有两台机器接受了（2，0）这个投票信息。这里我们需要对 “过半” 的概念做一个简单的介绍。所谓"过半"就是指大于集群机器数量的一半，即大于或等于（n/2+1）。对于这里由3台机器构成的集群，大于等于2台即为达到"过半"要求。

那么，当Server1和Server2都收到相同的投票信息（2，0）的时候，即认为已经选出了Leader。

2.5 改变服务器状态

一旦确定了Leader，每个服务器就会更新自己的状态∶如果是Follower，那么就变更为FOLLOWING，如果是Leader，那么就变更为LEADING

3. 服务器运行时期的Leader选举

在Zookeeper集群正常运行过程中，一旦选出一个Leader，那么所有服务器的集群角色一般不会再发生变化——也就是说，Leader服务器将一直作为集群的Leader，即使集群中有非Leader机器挂了或是有新机器加入集群也不会影响Leader。但是一旦Leader所在的机器挂了，那么整个集群将暂时无法对外服务，而是进入新一轮的Leader选举。服务器运行期间的Leader选举和启动时期的Leader选举基本过程是一致的。

我们还是假设当前正在运行的Zookeeper机器由3台机器组成，分别是Server1、Server2和Server3，当前的Leader是Server2。假设在某一个瞬间，Leader挂了，这个时候便开始了Leader选举。

3.1 选举过程

1. 变更状态
   Leader挂后，余下的非Observer服务器都会将自己的服务器状态变更为LOOKING，然后开始进入Leader选举过程。

2. 每个Server会发出一个投票
   在运行期间，每个服务器上的ZXID可能不同，此时假定Server1的ZXID为123，Server3的ZXID为122;在第一轮投票中，Server1和Server3都会投自己，产生投票（1，123），（3，122），然后各自将投票发送给集群中所有机器。

3. 接收来自各个服务器的投票，与启动时过程相同

4. 处理投票。与启动时过程相同，此时，Server1将会成为Leader

5. 统计投票。与启动时过程相同

6. 改变服务器的状态。与启动时过程相同