棧長面試經(jīng)常會遇到面試官問 Zookeeper 的選舉原理，我心想，問這些有啥用嗎？又不要我造火箭！

每次面試也只知道個大概，并沒有深究具體的流程，所以在面試的時候總是不能打動面試官，總是特別吃虧，所以這篇就總結(jié)一下其中的要點，也希望能幫助大家搞定面試。

有一說一， Zookeeper 這些工作原理、選舉流程，也許大多數(shù)人在工作中不會用到，但了解多一點也是自己的優(yōu)勢，避免求職面試被面試官打壓工資。Zookeeper 也是現(xiàn)在后端主流的分布式協(xié)調(diào)框架，很多熱門框架都有直接或者間接依賴它，比如：Dubbo、Elastic Job、Kafka 等，所以掌握 ZK 選舉流程也是非常有必要的。

本文會以通俗易懂的方式進(jìn)行， ZK 小白也能看懂。另外，我也將 Zookeeper 系列主流面試題和參考答案都整理好了，關(guān)注公眾號Java技術(shù)?；貜?fù)關(guān)鍵字 "面試" 進(jìn)行刷題。

基本概念

了解選舉前你得了解一些 Zookeeper 的基本概念。

集群機(jī)器 ID

集群機(jī)器 ID 是指 myid，它是每一個集群機(jī)器中的編號文件，代表 ZooKeeper 集群服務(wù)器的標(biāo)識，手動生成，全局全一。

事務(wù) ID

事務(wù) ID 是指 zxid，Zookeeper 會給每個更新請求分配一個事務(wù) ID，它是一個 64 位的數(shù)字，由 Leader 統(tǒng)一進(jìn)行分配，全局唯一，不斷遞增，在一個節(jié)點的狀態(tài)信息中可以查看到最新的事務(wù) ID 信息。

集群服務(wù)器角色

Zookeeper 集群服務(wù)器有以下 3 種角色：

1、Leader（主）

2、Follower（從，參與投票）

3、Observer（觀察者，不參與投票）

集群服務(wù)器狀態(tài)

Zookeeper 集群服務(wù)器有以下 4 種狀態(tài)：

1、LOOKING

尋找 Leader 狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器處于該狀態(tài)時，表示當(dāng)前集群沒有 Leader，因此會進(jìn)入 Leader 選舉狀態(tài)。

2、FOLLOWING

跟隨者狀態(tài)，表示當(dāng)前服務(wù)器角色是 Follower。

3、LEADING

領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)，表示當(dāng)前服務(wù)器角色是 Leader。

4、OBSERVING

觀察者狀態(tài)，表示當(dāng)前服務(wù)器角色是 Observer。

選舉方式

Zookeeper 提供了 3 種選舉方式：

• LeaderElection
• AuthFastLeaderElection
• FastLeaderElection （最新默認(rèn)）

選舉場景

Zookeeper 會在以下場景進(jìn)行選舉：

1、Zookeeper 集群啟動初始化時進(jìn)行選舉

2、Zookeeper 集群 Leader 失聯(lián)時重新選舉

選舉前提條件

1、Zookeeper 服務(wù)器處于 LOOKING 競選狀態(tài)

此時說明 Zookeeper 服務(wù)器集群處于群龍無首狀態(tài)，另外，觀察者狀態(tài)不能參與競選投票。

2、Zookeeper 集群規(guī)模至少要 3 臺機(jī)器或以上

集群規(guī)則為：2N + 1臺，N > 0，即最少需要 3 臺，因為 ZK 集群的機(jī)制是只要超過半數(shù)的節(jié)點正常，集群就能正常提供服務(wù)。只有在 ZK 節(jié)點掛得太多，只剩一半或不到一半節(jié)點能工作時，集群才會失效。

如以下分析所示：

3 個節(jié)點的 Cluster 可以掛掉 1 個節(jié)點（Leader 可以得到 2 票 > 1.5)

2 個節(jié)點的 Cluster 就不能掛掉任何 1 個節(jié)點了（Leader 可以得到 1 票 <= 1)

所以你知道 ZK 集群為什么至少要 3 臺了吧？

3、Zookeeper 集群要 2 臺及以上機(jī)器可以互相通信

只要達(dá)到 2 臺服務(wù)器通信了才能進(jìn)行選舉，只有一臺服務(wù)器啟動時無法進(jìn)行選舉，因為服務(wù)器之間通信了才可以互相同步投票結(jié)果。

選舉流程

1、集群初始選舉

Zookeeper 在集群啟動時會進(jìn)行選舉，這里拿 3 臺服務(wù)器進(jìn)行舉例：

依次啟動 3 臺服務(wù)器 zk1, zk2, zk3，初始情況下事務(wù) ID 都為 0。

選舉大致流程：

1、初始投票

服務(wù)器啟動后，每個 Server 都會給自己投上一票，每次投票會包含所投票服務(wù)器的 myid 和 zxid，這里使用 Server（myid, zxid）的方式表示，此時的投票結(jié)果為：zk1（1, 0），zk2（2, 0），zk3（3, 0）

2、同步投票結(jié)果

集群中的服務(wù)器在投票后，會將各自的投票結(jié)果同步給集群中其他服務(wù)器。

3、檢查投票有效性

各服務(wù)器在收到投票后會檢查投票的有效性，如：是否本輪投票，是否來自 LOOKING 狀態(tài)的服務(wù)器的投票等。

4、處理投票

服務(wù)器之間會進(jìn)行投票比對，規(guī)則如下：

• 優(yōu)先檢查 zxid，較大的服務(wù)器優(yōu)先作為 Leader
• 如果 zxid 相同，則 myid 較大的服務(wù)器作為 Leader

如：zk1 和 zk2 進(jìn)行比對，此時 zk2 勝出，zk1 更新自己的投票為：zk1（2, 0）

5、統(tǒng)計投票結(jié)果

每輪投票比對之后都會統(tǒng)計投票結(jié)果，確認(rèn)是否有超過半數(shù)的機(jī)器都得到相同的投票結(jié)果，如果是，則選出 Leader，否則繼續(xù)投票。

本輪選舉中，zk1 和 zk2 都得到了相同的投票結(jié)果（2, 0），2 指 zk2，并且超過了半數(shù)的機(jī)器（2 > 3 / 2），所以此時 zk2 就成為了本輪選舉的 Leader。

所以，即使 zk3 啟動了，因為集群已經(jīng)有了 Leader，所以選舉也結(jié)束了，zk3 不再參與選舉，后面進(jìn)來的都是小弟。

6、更改服務(wù)器狀態(tài)

一旦選出 Leader，每個服務(wù)器就會各自更新自己的狀態(tài)：

zk1?>>>?FOLLOWING

zk2?>>>?LEADING

Zk3?>>>?FOLLOWING

2、集群重新選舉

Zookeeper 集群運(yùn)行期間無法和 Leader 保持正常連接時，即如果 Leader 掛了，或者 Leader 服務(wù)器故障都會進(jìn)行新一輪的 Leader 選舉。

這里還是拿 3 臺服務(wù)器進(jìn)行舉例：

如果作為初始選舉的 Leader zk2 掛了，集群就會暫停對外提供服務(wù)，從而進(jìn)行新的 Leader 選舉。

選舉大致過程：

1、狀態(tài)變更

既然過去的老大 Leader 不可用了，那所有的 Follower 服務(wù)器就需要從 FOLLOWING 狀態(tài)變更為：LOOKING，開始新的一輪 Leader 選舉。

2、開始投票

投票邏輯和啟動初始時一致。

zk1, zk3 第一輪投票默認(rèn)還是會先投給自己，zk2 掛了不能進(jìn)行投票。

第一輪投票結(jié)果為：zk1（1, 66）、zk3（3, 28），zk1 和 zk3 各得一票，這里假設(shè) zk1 事務(wù) ID 比 zk3 更大一點。

3、同步投票結(jié)果

同步投票邏輯和啟動初始時一致。

4、檢查投票有效性

檢查投票邏輯和啟動初始時一致。

5、處理投票

處理投票邏輯和啟動初始時一致。

此時 zk1 和 zk3 進(jìn)行比對，根據(jù)規(guī)則，由于 zk1 的事務(wù) ID 更大一點，所以 zk1 勝出，zk3 也更新自己的投票為：zk3（1, 28）

6、統(tǒng)計投票結(jié)果

統(tǒng)計投票邏輯和啟動初始時一致。

本輪選舉中，zk1 和 zk3 都得到了相同的投票結(jié)果 zk1，并且超過了半數(shù)的機(jī)器（2 > 3 / 2），所以此時 zk1 就成為了本輪選舉的 Leader。

7、更改服務(wù)器狀態(tài)

更改狀態(tài)邏輯和啟動初始時一致。

總結(jié)

所以，我們可以總結(jié)下，Zookeeper 集群按 myid 從小到大依次啟動初始化時，在超過半數(shù)機(jī)器的投票的情況下，誰的 myid 最大，誰就是 Leader，知道這個定律，不同的集群規(guī)模我們都可以推算出誰是 Leader。

集群初始化時：

1）集群有 3 臺機(jī)器，第 2 大的 myid 所在服務(wù)器就是 Leader；

2）集群有 4 臺機(jī)器，第 3 大的 myid 所在服務(wù)器就是 Leader；

3）集群有 5 臺機(jī)器，第 3 大的 myid 所在服務(wù)器就是 Leader；

3）集群有 6 臺機(jī)器，第 4 大的 myid 所在服務(wù)器就是 Leader；

.....

集群重新選舉時，根據(jù) myid 和 zxid 的大小共同決斷，zxid 更大的優(yōu)先成為 Leader。

總之，誰得到半數(shù)以上的服務(wù)器支持，誰就是老大，Zookeeper 選舉流程你看懂了嗎？這只是粗略版的選舉流程，實際選舉過程要更復(fù)雜，有興趣的可以深入研究下源碼。

好了，今天的分享就到這里了，后面棧長會分享更多好玩的 Java 技術(shù)和最新的技術(shù)資訊，關(guān)注公眾號Java技術(shù)棧第一時間推送，我也將主流 Zookeeper 面試題和參考答案都整理好了，在公眾號后臺回復(fù)關(guān)鍵字 "面試" 進(jìn)行刷題。

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