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ZooKeeper学习 (3) ZAB协议

zookeeper集群中的节点共有三种角色:

  • Leader:处理集群中的所有事务请求,包括读和写,集群中只有一个Leader
  • Follower:只处理请求,可以参与Leader选举
  • Observer:只处理请求,但是不能参与Leader选举

ZAB协议

介绍

zookeeper作为⾮常重要的分布式协调组件,需要进行集群部署,集群中通常会以一主多从的方式进行部署。zookeeper为了保证数据的一致性,使用ZAB(zookeeper atomic broadcast)协议,这一协议解决了zookeeper的崩溃恢复和主从数据同步的问题。

zookeeper集群

ZAB协议的四种节点状态

ZAB中协议定义了四种节点状态:

  • Looking:选举状态
  • Following:Follower节点的状态
  • Leading:Leader节点的状态
  • Observing:Observer节点的状态

Leader选举过程

集群上线时的Leader选举

若进行Leader选举,则至少需要两台机器,这里选取3台机器组成的服务器集群为例。在集群初始化阶段,当有一台服务器Server1启动时,其单独无法进行和完成Leader选举,当第二台服务器Server2启动时,此时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,每次投票会包含所推举的服务器的myid和ZXID,使用(myid, ZXID)来表示,其中myid为服务器的唯一标识,ZXID为事务号。此时Server1的投票为(1, 0),Server2的投票为(2, 0),然后各自将这个投票发给集群中其他机器。

  2. 接受来自各个服务器的投票。集群的每个服务器收到投票后,首先判断该投票的有效性,如检查是否是本轮投票、是否来自LOOKING状态的服务器。

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

    • 优先检查ZXID。ZXID比较大的服务器优先作为Leader。
    • 如果ZXID相同,那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器。

    对于对于Server1而言,它的投票是(1, 0),接收Server2的投票为(2, 0),首先会比较两者的ZXID,均为0,再比较myid,此时Server2的myid最大,于是更新自己的投票为(2, 0),然后重新投票,对于Server2而言,其无须更新自己的投票,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受到相同的投票信息,对于Server1、Server2而言,都统计出集群中已经有两台机器接受了(2, 0)的投票信息,此时便认为已经选出了Leader。

  5. 改变服务器状态。一旦确定了Leader,每个服务器就会更新自己的状态。

崩溃恢复时的Leader选举

Leader建立完成后,Leader会周期性的不断向Follower发送心跳。当Leader崩溃后,Follower会进入Looking状态,重新进行Leader选举,此时集群不能对外服务。

主从服务器之间的数据同步

  1. 客户端向Leader节点写数据
  2. Leader节点把数据写到自己的数据文件中,并给自己返回一个ACK
  3. Leader把数据发送给Follower
  4. Follower将数据写到本地数据文件中
  5. Follower返回ACK给Leader节点
  6. Leader收到半数以上的ACK后,向Follower发送Commit
  7. 从节点收到Commit后把数据文件中的数据写到内存中

zookeeper数据同步