zookeeper

Zookeeper概念

Zookeeper 是一个分布式协调服务，可用于服务发现，分布式锁，分布式领导选举，配置管理等。
Zookeeper 提供了一个类似于 Linux 文件系统的树形结构（可认为是轻量级的内存文件系统，但
只适合存少量信息，完全不适合存储大量文件或者大文件），同时提供了对于每个节点的监控与
通知机制。

Zookeeper角色

Zookeeper 集群是一个基于主从复制的高可用集群，每个服务器承担如下三种角色中的一种。

Leader

• 一个Zookeeper集群同一时间只会有一个实际工作的Leader，它会发起并维护与各Follwer及Observer间的心跳。
• 所有的写操作必须要通过Leader完成再由Leader将写操作广播给其他服务器。只有超过半数节点（不包括Observer节点）写入成功，该写请求就会被提交（类2PC协议）。

Follower

• 一个 Zookeeper 集群可能同时存在多个 Follower，它会响应 Leader 的心跳。
• Follower 可直接处理并返回客户端的读请求，同时会将写请求转发给 Leader 处理。
• 并且负责在 Leader 处理写请求时对请求进行投票。

Observer

• 角色与 Follower 类似，但是无投票权。
• Zookeeper 需保证高可用和强一致性，为了支持更多的客户端，需要增加更多 Server；Server 增多，投票阶段延迟增大，影响性能；引入 Observer，Observer 不参与投票； Observers 接受客户端的连接，并将写请求转发给 Leader 节点； 加入更多 Observer 节点，提高伸缩性，同时不影响吞吐率。

ZAB协议

事务编号 Zxid （事务请求 计数器 + epoch ）

• 在 ZAB ( ZooKeeper Atomic Broadcast , ZooKeeper 原子消息广播协议） 协议的事务编号 Zxid设计中，Zxid 是一个 64 位的数字，其中低 32 位是一个简单的单调递增的计数器，针对客户端每一个事务请求，计数器加 1；而高 32 位则代表 Leader 周期 epoch 的编号，每个当选产生一个新的 Leader 服务器，就会从这个 Leader 服务器上取出其本地日志中最大事务的 ZXID，并从中读取epoch 值，然后加 1，以此作为新的 epoch，并将低 32 位从 0 开始计数。Zxid（Transaction id）类似于 RDBMS 中的事务 ID，用于标识一次更新操作的 Proposal（提议）ID。为了保证顺序性，该 zkid 必须单调递增。

epoch

• epoch：可以理解为当前集群所处的年代或者周期，每个 Leader 就像皇帝，都有自己的年号，所
  以每次改朝换代，Leader 变更之后，都会在前一个年代的基础上加 1。这样就算旧的 Leader 崩溃恢复之后，也没有人听他的了，因为 Follower 只听从当前年代的 Leader 的命令。

Zab 协议有两种模式 - 恢复模式（选主）、广播模式（同步 ）

• Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步）。当服务启动或者在领导
  者崩溃后，Zab 就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数 Server 完成了和 Leader 的状态同步以后，恢复模式就结束了。状态同步保证了 Leader 和 Server 具有相同的系统状态。

ZAB 协议 4 阶段

• Leader election （选举阶段 - 选出准 Leader ）

  • Leader election（选举阶段）：节点在一开始都处于选举阶段，只要有一个节点得到超半数
    节点的票数，它就可以当选准 leader。只有到达 广播阶段（broadcast） 准 Leader 才会成
    为真正的 Leader。这一阶段的目的是就是为了选出一个准 Leader，然后进入下一个阶段。

• Discovery （发现阶段 - 接受提议、生成 epoch 、接受 epoch ）

  • Discovery（发现阶段）：在这个阶段，followers 跟准 leader 进行通信，同步 followers最近接收的事务提议。这个一阶段的主要目的是发现当前大多数节点接收的最新提议，并且准 leader 生成新的 epoch，让 followers 接受，更新它们的 accepted Epoch一个 follower 只会连接一个 leader，如果有一个节点 f 认为另一个 follower p 是 leader，f在尝试连接 p 时会被拒绝，f 被拒绝之后，就会进入重新选举阶段。

• Synchronization （同步阶段 - 同步 follower 副本 ）

• Broadcast （广播阶段 -leader 消息广播 ）