五分钟搞懂zookeeper选举机制

ZooKeeper是一个开源的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop和Hbase的重要组件。它是为一个分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

本文接下来简单说明下zookeeper的默认选举机制

zookeeper提供了三种方式：

LeaderElection

AuthFastLeaderElection

FastLeaderElection （默认）

一、ZooKeeper架构

二、选举流程简述

目前有3台服务器，每台服务器均没有数据，它们的编号分别是1,2,3,按编号依次启动，它们的选择举过程如下：
服务器1启动，给自己投票，然后发投票信息，由于其它机器还没有启动所以它收不到反馈信息，服务器1的状态一直属于Looking(选举状态)。
服务器2启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1交换结果，由于服务器2的编号大所以服务器2胜出，此时投票数正好大于半数，所以服务器2成为leader，服务器1成为follower。
服务器3启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1,2交换信息，尽管服务器3的编号大，但之前服务器2已经胜出，所以服务器3只能成为follower。

三、选举机制中的概念

• Serverid：服务器ID

比如有三台服务器，编号分别是1,2,3。

编号越大在选择算法中的权重越大。

• Zxid：数据ID

服务器中存放的最大数据ID.

值越大说明数据越新，在选举算法中数据越新权重越大。

• Epoch：逻辑时钟

或者叫投票的次数，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，然后与接收到的其它服务器返回的投票信息中的数值相比，根据不同的值做出不同的判断。

• 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。

四、选举消息内容

在投票完成后，需要将投票信息发送给集群中的所有服务器，它包含如下内容：

服务器ID

数据ID

逻辑时钟

选举状态

五、选举流程详述

1、首先开始选举阶段，每个Server读取自身的zxid。

2、发送投票信息

a、每个Server第一轮都会投票给自己。

b、投票信息包含 ：所选举leader的Serverid，Zxid，Epoch。Epoch会随着选举轮数的增加而递增。

3、接收投票信息

a、如果服务器2接收到服务器1的数据（服务器1处于选举状态(LOOKING 状态)

1）判断逻辑时钟值：

a）如果发送过来的逻辑时钟Epoch大于目前的逻辑时钟。首先，更新本逻辑时钟Epoch，同时清空本轮逻辑时钟收集到的来自其他server的选举数据。然后，判断是否需要更新当前自己的选举leader Serverid。判断规则rules judging：保存的zxid最大值和leader Serverid来进行判断的。先看数据zxid，数据zxid大者胜出；其次再判断leader Serverid，leader Serverid大者胜出；然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据（leader Serverid，Zxid，Epoch）广播给其他server)

b）如果发送过来的逻辑时钟Epoch小于目前的逻辑时钟。说明对方server在一个相对较早的Epoch中，这里只需要将本机的三种数据（leader Serverid，Zxid，Epoch）发送过去就行。

c）如果发送过来的逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟。再根据上述判断规则rules judging来选举leader ，然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据（leader  Serverid，Zxid，Epoch）广播给其他server)。

2）判断服务器是不是已经收集到了所有服务器的选举状态：若是，根据选举结果设置自己的角色(FOLLOWING还是LEADER)，退出选举过程就是了。

最后，若没有收到没有收集到所有服务器的选举状态：也可以判断一下根据以上过程之后最新的选举leader是不是得到了超过半数以上服务器的支持,如果是,那么尝试在200ms内接收一下数据,如果没有新的数据到来,说明大家都已经默认了这个结果,同样也设置角色退出选举过程。

b、 如果所接收服务器1处在其它状态（FOLLOWING或者LEADING）。

a)逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟，将该数据保存到recvset。此时Server已经处于LEADING状态，说明此时这个server已经投票选出结果。若此时这个接收服务器宣称自己是leader, 那么将判断是不是有半数以上的服务器选举它，如果是则设置选举状态退出选举过程。

b) 这是一条与当前逻辑时钟不符合的消息，那么说明在另一个选举过程中已经有了选举结果，于是将该选举结果加入到outofelection集合中，再根据outofelection来判断是否可以结束选举,如果可以也是保存逻辑时钟，设置选举状态，退出选举过程。