zookeeper集群
配置多個實(shí)例共同構(gòu)成一個集群對外提供服務(wù)以達(dá)到水平擴(kuò)展的目的，每個服務(wù)器上的數(shù)據(jù)是相同的，每一個服務(wù)器均可以對外提供讀和寫的服務(wù)，這點(diǎn)和redis是相同的，即對客戶端來講每個服務(wù)器都是平等的。
這篇主要分析leader的選擇機(jī)制，zookeeper提供了三種方式：
- leaderelection
- authfastleaderelection
- fastleaderelection
默認(rèn)的算法是fastleaderelection，所以這篇主要分析它的選舉機(jī)制。
選擇機(jī)制中的概念
服務(wù)器id
比如有三臺服務(wù)器，編號分別是1,2,3。
編號越大在選擇算法中的權(quán)重越大。
數(shù)據(jù)id
服務(wù)器中存放的最大數(shù)據(jù)id.
值越大說明數(shù)據(jù)越新，在選舉算法中數(shù)據(jù)越新權(quán)重越大。
邏輯時鐘
或者叫投票的次數(shù)，同一輪投票過程中的邏輯時鐘值是相同的。每投完一次票這個數(shù)據(jù)就會增加，然后與接收到的其它服務(wù)器返回的投票信息中的數(shù)值相比，根據(jù)不同的值做出不同的判斷。
選舉狀態(tài)
- looking，競選狀態(tài)。
- following，隨從狀態(tài)，同步leader狀態(tài)，參與投票。
- observing，觀察狀態(tài),同步leader狀態(tài)，不參與投票。
- leading，領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)。
選舉消息內(nèi)容
在投票完成后，需要將投票信息發(fā)送給集群中的所有服務(wù)器，它包含如下內(nèi)容。
- 服務(wù)器id
- 數(shù)據(jù)id
- 邏輯時鐘
- 選舉狀態(tài)
選舉流程圖
因?yàn)槊總€服務(wù)器都是獨(dú)立的，在啟動時均從初始狀態(tài)開始參與選舉，下面是簡易流程圖。
選舉狀態(tài)圖
描述leader選擇過程中的狀態(tài)變化，這是假設(shè)全部實(shí)例中均沒有數(shù)據(jù)，假設(shè)服務(wù)器啟動順序分別為：a,b,c。
源碼分析
quorumpeer
主要看這個類，只有l(wèi)ooking狀態(tài)才會去執(zhí)行選舉算法。每個服務(wù)器在啟動時都會選擇自己做為領(lǐng)導(dǎo)，然后將投票信息發(fā)送出去，循環(huán)一直到選舉出領(lǐng)導(dǎo)為止。
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public void run() { //....... try { while (running) { switch (getpeerstate()) { case looking: if (boolean.getboolean("readonlymode.enabled")) { //... try { //投票給自己... setcurrentvote(makelestrategy().lookforleader()); } catch (exception e) { //... } finally { //... } } else { try { //... setcurrentvote(makelestrategy().lookforleader()); } catch (exception e) { //... } } break; case observing: //... break; case following: //... break; case leading: //... break; } } } finally { //... } } |
fastleaderelection
它是zookeeper默認(rèn)提供的選舉算法，核心方法如下：具體的可以與本文上面的流程圖對照。
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public vote lookforleader() throws interruptedexception { //... try { hashmap<long, vote> recvset = new hashmap<long, vote>(); hashmap<long, vote> outofelection = new hashmap<long, vote>(); int nottimeout = finalizewait; synchronized(this){ //給自己投票 logicalclock.incrementandget(); updateproposal(getinitid(), getinitlastloggedzxid(), getpeerepoch()); } //將投票信息發(fā)送給集群中的每個服務(wù)器 sendnotifications(); //循環(huán)，如果是競選狀態(tài)一直到選舉出結(jié)果 while ((self.getpeerstate() == serverstate.looking) && (!stop)){ notification n = recvqueue.poll(nottimeout, timeunit.milliseconds); //沒有收到投票信息 if(n == null){ if(manager.havedelivered()){ sendnotifications(); } else { manager.connectall(); } //... } //收到投票信息 else if (self.getcurrentandnextconfigvoters().contains(n.sid)) { switch (n.state) { case looking: // 判斷投票是否過時，如果過時就清除之前已經(jīng)接收到的信息 if (n.electionepoch > logicalclock.get()) { logicalclock.set(n.electionepoch); recvset.clear(); //更新投票信息 if(totalorderpredicate(n.leader, n.zxid, n.peerepoch, getinitid(), getinitlastloggedzxid(), getpeerepoch())) { updateproposal(n.leader, n.zxid, n.peerepoch); } else { updateproposal(getinitid(), getinitlastloggedzxid(), getpeerepoch()); } //發(fā)送投票信息 sendnotifications(); } else if (n.electionepoch < logicalclock.get()) { //忽略 break; } else if (totalorderpredicate(n.leader, n.zxid, n.peerepoch, proposedleader, proposedzxid, proposedepoch)) { //更新投票信息 updateproposal(n.leader, n.zxid, n.peerepoch); sendnotifications(); } recvset.put(n.sid, new vote(n.leader, n.zxid, n.electionepoch, n.peerepoch)); //判斷是否投票結(jié)束 if (termpredicate(recvset, new vote(proposedleader, proposedzxid,logicalclock.get(), proposedepoch))) { // verify if there is any change in the proposed leader while((n = recvqueue.poll(finalizewait, timeunit.milliseconds)) != null){ if(totalorderpredicate(n.leader, n.zxid, n.peerepoch, proposedleader, proposedzxid, proposedepoch)){ recvqueue.put(n); break; } } if (n == null) { self.setpeerstate((proposedleader == self.getid()) ? serverstate.leading: learningstate()); vote endvote = new vote(proposedleader,proposedzxid, proposedepoch); leaveinstance(endvote); return endvote; } } break; case observing: //忽略 break; case following: case leading: //如果是同一輪投票 if(n.electionepoch == logicalclock.get()){ recvset.put(n.sid, new vote(n.leader, n.zxid, n.electionepoch, n.peerepoch)); //判斷是否投票結(jié)束 if(termpredicate(recvset, new vote(n.leader, n.zxid, n.electionepoch, n.peerepoch, n.state)) && checkleader(outofelection, n.leader, n.electionepoch)) { self.setpeerstate((n.leader == self.getid()) ?serverstate.leading: learningstate()); vote endvote = new vote(n.leader, n.zxid, n.peerepoch); leaveinstance(endvote); return endvote; } } //記錄投票已經(jīng)完成 outofelection.put(n.sid, new vote(n.leader, ignorevalue, ignorevalue, n.peerepoch, n.state)); if (termpredicate(outofelection, new vote(n.leader, ignorevalue, ignorevalue, n.peerepoch, n.state)) && checkleader(outofelection, n.leader, ignorevalue)) { synchronized(this){ logicalclock.set(n.electionepoch); self.setpeerstate((n.leader == self.getid()) ?serverstate.leading: learningstate()); } vote endvote = new vote(n.leader, n.zxid, n.peerepoch); leaveinstance(endvote); return endvote; } break; default: //忽略 break; } } else { log.warn("ignoring notification from non-cluster member " + n.sid); } } return null; } finally { //... } } |
判斷是否已經(jīng)勝出
默認(rèn)是采用投票數(shù)大于半數(shù)則勝出的邏輯。
選舉流程簡述
目前有5臺服務(wù)器，每臺服務(wù)器均沒有數(shù)據(jù)，它們的編號分別是1,2,3,4,5,按編號依次啟動，它們的選擇舉過程如下：
- 服務(wù)器1啟動，給自己投票，然后發(fā)投票信息，由于其它機(jī)器還沒有啟動所以它收不到反饋信息，服務(wù)器1的狀態(tài)一直屬于looking。
- 服務(wù)器2啟動，給自己投票，同時與之前啟動的服務(wù)器1交換結(jié)果，由于服務(wù)器2的編號大所以服務(wù)器2勝出，但此時投票數(shù)沒有大于半數(shù)，所以兩個服務(wù)器的狀態(tài)依然是looking。
- 服務(wù)器3啟動，給自己投票，同時與之前啟動的服務(wù)器1,2交換信息，由于服務(wù)器3的編號最大所以服務(wù)器3勝出，此時投票數(shù)正好大于半數(shù)，所以服務(wù)器3成為領(lǐng)導(dǎo)者，服務(wù)器1,2成為小弟。
- 服務(wù)器4啟動，給自己投票，同時與之前啟動的服務(wù)器1,2,3交換信息，盡管服務(wù)器4的編號大，但之前服務(wù)器3已經(jīng)勝出，所以服務(wù)器4只能成為小弟。
- 服務(wù)器5啟動，后面的邏輯同服務(wù)器4成為小弟。
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