ZooKeeper主备切换机制详解

ZooKeeper 的主备切换（Failover）机制主要通过其分布式协调能力和临时节点（Ephemeral Nodes）特性实现。以下是详细的主备切换流程：

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1. 主服务器注册临时节点

• 临时节点标识主服务器：
  主服务器启动时会在ZooKeeper的特定路径（如/master）下创建一个临时节点（如/master/node1）。
  • 临时节点的特性：当主服务器与ZooKeeper的会话断开（如崩溃），该节点会被自动删除。

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2. 备用服务器监听主节点状态

• 备用服务器的行为：
  所有备用服务器会监听ZooKeeper的/master节点（通过exists或getData接口注册Watcher）。
  • 如果当前没有/master节点，备用服务器会尝试创建临时节点，竞争成为新主（通过原子性创建，只有一个备用服务器会成功）。
  • 如果主服务器已存在，备用服务器会持续监听该节点的删除事件。

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3. 主服务器崩溃触发Watcher

• 崩溃检测：
  当主服务器崩溃（或网络分区），它与ZooKeeper的会话超时（默认sessionTimeout通常为2-20秒），临时节点/master/node1会被自动删除。
• 通知备用服务器：
  ZooKeeper会触发所有备用服务器注册的Watcher，通知它们/master节点已删除。

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4. 备服务器竞争新主

• 抢占式选举：
  备服务器收到通知后，会立即尝试创建/master临时节点（如/master/node2）。
  • 由于ZooKeeper的原子性保证，只有一个备服务器会创建成功，成为新主。
  • 其他备服务器继续监听/master节点，进入待命状态。

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5. 新主服务器接管服务

• 角色切换：
  成功创建/master节点的备服务器会：
  1. 加载主服务器的状态（如从共享存储或日志中恢复）。
  2. 通知其他服务（如通过ZooKeeper的另一个节点/active/master更新信息）。
  3. 开始处理客户端请求。

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关键机制

1. 临时节点（Ephemeral Nodes）：
   • 主服务器的存活状态与临时节点绑定，崩溃时节点自动删除，无需人工干预。
2. Watcher机制：
   • 备服务器通过Watcher实时感知主节点变化，触发快速故障转移。
3. 原子性创建：
   • 多个备服务器竞争主节点时，ZooKeeper保证只有一个成功，避免脑裂。
4. 会话超时（Session Timeout）：
   • 崩溃检测依赖于会话超时时间，需根据网络环境合理配置（太短会导致误判，太长会增加恢复时间）。

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示例流程

1. 初始状态：
   - ZooKeeper路径：/master (无节点)
   - 服务器A启动，创建 /master/node1（成为主）。
   - 服务器B、C启动，监听 /master。

2. 主服务器A崩溃：
   - /master/node1 自动删除。
   - ZooKeeper通知B、C。

3. 服务器B抢先创建 /master/node2（成为新主）。
   - 服务器C继续监听。

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优化实践

• 避免羊群效应：
  所有备服务器同时竞争主节点可能引发负载，可通过优先级或顺序节点（Sequential Nodes）优化选举逻辑。
• 状态同步：
  新主服务器需确保数据一致性（如通过共享存储或日志复制）。
• 客户端重定向：
  客户端需监听/master节点变化，并在主切换后自动连接到新主。

通过上述机制，ZooKeeper能在秒级（取决于会话超时时间）内完成主备切换，实现高可用性。