ZooKeeper中的Leader选举过程

在讲解Leader选举之前，我们先来了解一下Zookeeper节点的4种状态：

        LOOKING：观望状态，开始进行 Leader 选举

        LEADING：领导者状态，处于该状态的节点说明是角色已经是 Leader

        FOLLOWING：跟随者状态，表示Leader已经选举出来，当前节点角色是 follower

        OBSERVING：观察者状态，表明当前节点角色是 observer

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         ZooKeeper中，主要有Leader，Follower，Observer三个角色（三个角色的用法参考：ZooKeeper集群角色介绍），那么Leader角色又是怎么选举出来的呢？在Leader选举之前，我们应该了解一下什么时候开始leader选举工作：

        Leader的选举分为如下两个过程：①集群启动的时候的Leader选举   ②Leader崩溃的时候的选举。接下来分别了解这两个过程中Leader的具体选举过程。

1.集群启动时的Leader选举

        集群中每个节点启动的时候，状态都会是LOOKING，处于观望状态，接下来就开始进行选举主流程：

        Leader的选举，至少需要两台机器(2n+1奇数台法则)，我们选取三台机器组成的服务器集群为例。在集群的初始化阶段，当有一台服务器Server1启动时，它本身是无法进行和完成Leader选举的。当第二台服务器Server2启动时，这个时候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选举的过程。选举过程如下：

       ①每个Server发出一个投票。由于是初始情况，Server1和Server2都会将自己作为Leader服务器来进行投票，每次投票都会包含自己服务器的myid，zxid，epoch(本例默认都为0)信息，使用(myid,zxid,epoch)来标识。此时Server1的投票为(1,0,0)，Server2的投票为(2,0,0)，然后各自将这个投票信息发送给集群中的其他机器；

      ②接收到来自各个服务器的投票。集群中的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查时候是本轮投票（通过epoch来判断）、是否来自LOOKING状态的服务器。

      ③开始处理投票。针对每一个投票，服务器都需要将别人的投票邮箱和自己的投票进行PK，PK规则如下：

         i.优先检查zxid。zxid比较大的服务器优先作为Leader(zxid大说明数据是最新的)

        ii.如果zxid相同，那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器(服务器id，在zoo.cfg中配置。myid越大，在leader选举机制中权重越大)

        对于Server1而言，它的投票是(1,0,0)，接收Server2的投票为(2,0,0)。首先会比较两者的zxid，均为0；再比较myid，此时Server2的myid最大，于是Server1会将自己的投票信息更新为(2,0,0)，将自己的一票投递给Server2。在这种情况下再次重新投票，对于Server2而言，它不需要更新自己的投票，只是再次向集群中所有机器发出上一次投票信息即可。

      ④统计投票。每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半机器接收到相同的投票信息。对于Server1和Server2而言，都统计出集群中已经有两台机器接受了(2,0,0)的投票信息，过半机器同意(2>1.5），此时便认为已经选出了Leader节点。

     ⑤改变服务器的状态。一旦确定了Leader节点，其他的每个服务器就会去更新自己的状态，如果是Follower，那么就变更为FOLLOWING；如果是Leader，就变更为LEADING。

2.Leader崩溃时的选举

        当集群中的leader服务器出现宕机或者(由于网络等原因)导致不可用状态时，那么整个集群将无法对外提供服务，而是进入到新一轮的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。

     ①变更状态。Leader节点挂掉后，余下的除ObServer节点服务器外，都会将自己服务器的状态变更为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(Server2节点挂掉了)；在第一轮的投票中，Server1和Server3都会投自己，产生投票(1,123,0)和(3,122,0)，然后各自将投票发送给集群中的所有机器。接受来自各个服务器的投票，与启动时过程相同。

     ③处理投票。与启动时过程相同，优先判断zxid，则此时，Server1将会成为Leader。

     ④统计投票。与启动时过程相同。

     ⑤改变服务器状态。与启动时过程相同。

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