Zookeeper 的选举机制也不过如此！

Zookeeper 是一个分布式服务框架，主要是用来解决分布式应用中遇到的一些数据管理问题如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

我们可以简单把 Zookeeper 理解为分布式家庭的大管家，那么管家团队是如何选出Leader的呢？好奇吗，接下来带领大家一探究竟。

人类选举的基本原理

讲解 Zookeeper 选举过程前先来介绍一下人类的选举。
我们每个人或多或少都经历过几次选举，在投票的过程中可能会遇到这样几种情况：

情况1：自己和候选人熟，将票投给你认为能力强的那个人；

情况2：自己也是候选人，会想着拉票，但是发现别人能力比你强，就将自己的票投给别的候选人。

所有人投票完后，统计投票箱中票数最多的候选人，当选领导。

在整个投票过程中我们可以提炼出四个最核心的概念：

候选人能力: 投票的基本原则是选最强的人。

遇强改投: 如果后面发现更强的人可以改投票。

投票箱: 所有人的票都会放在投票箱。

领导者: 得票最多的人即为领导者。

从人类选举的原理我们来简单推导一下Zookeeper的选举原理。

Zookeeper选举的基本原理

如果zookeeper是单机部署，不是集群模式，那么不存在选举的问题。

zookeeper 的选举和人类选举基本一样，借用上面说的4个核心概念，来说说选举的基本原理。

• 候选人能力

zookeeper 通过 sid 和zxid (事物ID) 来证明自己的能力强弱。

zxid 的全称是 ZooKeeper Transaction Id，即 Zookeeper 事务id。 数据的最新版本号 ， 数据越大说明能力越强。

sid , 我们自定义的服务器编号ID，值越大证明能力越大。

• 遇强改投

在选举的时候，每台zookeeper 节点都会认为自己是最强的，会先投票给自己（选票上包含sid、zxid）。

然后将选票传递给集群中的每个节点，同时自己也会接收其他节点发过的选票。节点接收到选票后，会判断选票上节点的能力强弱，如果发现比自己强，那么就进行改票，把自己的选票投给能力强的。然后在传递给集群中的每个节点。

• 投票箱

与人类选举不同，zookeeper 集群中，每个节点都会维护一份投票箱。 因为每个节点的选票都会同步给每个集群中的节点，所以投票箱的结果都是一致的。

• 领导者

投票的过程中，只要发现票数有超过一半的节点，领导就选择成功，投票也就宣告结束。

什么场景下 Zookeeper 需要选举？

当zookeeper 集群中有一台机器发生以下场景，就会进行选举。

• 机器启动
• 机器运行期间leader宕机

机器启动选举

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假设5台zookeeper依次启动，sid的编号依次为1-5。

1. 服务器1

先投自己1票，投票箱票数不过半，选举无法完成。此时服务器-1的状态为looking

2. 服务器2

先投自己1票，将自己的选票结果同步给服务器1。 服务器1 发现服务器2的sid编号比自己大，于是进行改票，把自己的选票投给了服务器2，并同步给服务器2。

此时双方的投票箱结果为：

服务器1，获0票；

服务器2，获2票；

并没有超过票数过半的机器。选举依然无法完成，此时服务器2的状态仍为looking

3. 服务器3

先投自己1票，将自己的选票结果同步给服务器1、服务器2。 服务器1和服务器2 ，发现服务器3的sid编号比自己还大，所以赶紧进行改票，都投给了服务器3。

此时投票箱的结果为：

服务器1，获0票；
服务器2，获2票；
服务器3，获3票；

发现有票数过半的机器，于是服务器3，当仁不让成了leader。此时更改服务器1、2的状态为 following，服务器3为leading

4. 服务器4

先投自己1票，同步自己选票时，发现服务器1、2、3 已经不是looking状态了，于是取得投票箱结果，将自己的选票改投给服务器3，自己的状态更改为following

5. 服务5

同服务器4 一致。

最终的结果是：服务器3是leader，其他全是follow。

机器运行期间leader宕机选举

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zookeeper运行期间，当leader 宕机，整体会对外暂停服务提供，触发新的一轮选举。触发新选举的时候，每台txid可能都不一样的。还是以刚才上面的案例进行分析，假设服务器3 leader 宕机，txid为分别为， 服务器1（99），服务器2（102），服务器4（100），服务器5（101）。

投票的过程和初始化的基本类似，主要为以下几个步骤：

1）状态变更，除Obsever状态的其他服务器全部变更为looking，然后进行leader的选举过程

2）每个服务器先投自己一票，然后同步选票

3）每个服务器都会收到各个服务器的投票，如果发现有txid比自己大的，会进行改票

4）处理和统计投票，每一轮投票结束后都会统计投票，超过半数即可当选。

5）改变服务器的状态，宣布当选

直接看图：

很显然，最后服务器2 被当选为新的leader。

选举机制中涉及到的核心概念

• sid（服务器ID、serverId）

服务器编号，编号越大，在选举leader时权重越大。

• zxid (事物ID)

数据的版本号，数值越大数据越新，在选举leader算法中，越大权重越大咯

• Epoch（逻辑时钟）

也叫投票的次数，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。

• Server状态（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。

总结

（1）Zookeeper 选举会发生在服务器初始状态和运行状态下。

（2）初始状态下会根据服务器sid的编号对比，编号越大权值越大，投票过半数即可选出Leader。

（3）Leader 故障会触发新一轮选举，zxid 代表数据越新，权值也就越大。

（4）在运行期选举还可能会遇到脑裂的情况，大家可以自行学习。

来源：https://4m.cn/zmR0u