(2)zookeeper选举机制及原理

分布式锁用于控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式,可以保证不同系统访问一个或一组资源时的一致性,主要分为排它锁和共享锁。

排它锁又称为写锁或独占锁,若事务T1对数据对象O1加上了排它锁,那么在整个加锁期间,只允许事务T1对O1进行读取和更新操作,其他任何事务都不能再对这个数据对象进行任何类型的操作,直到T1释放了排它锁。

共享锁又称为读锁,若事务T1对数据对象O1加上共享锁,那么当前事务只能对O1进行读取操作,其他事务也只能对这个数据对象加共享锁直到该数据对象上的所有共享锁都被释放

Leader选举

Leader选举是保证分布式数据一致性的关键所在。当Zookeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时,需要进入Leader选举。

服务器初始化启动。

服务器运行期间无法和Leader保持连接

Zookeeper在3.4.0版本后只保留了TCP版本的 FastLeaderElection 选举算法。当一台机器进入Leader选举时,当前集群可能会处于以下两种状态:

集群中已存在Leader。

集群中不存在Leader。

对于集群中已经存在Leader而言,此种情况一般都是某台机器启动得较晚,在其启动之前,集群已经在正常工作,对这种情况,该机器试图去选举Leader时,会被告知当前服务器的Leader信息,对于该机器而言,仅仅需要和Leader机器建立起连接,并进行状态同步即可。

而在集群中不存在Leader情况下则会相对复杂,其步骤如下:

(1) 第一次投票。无论哪种导致进行Leader选举,集群的所有机器都处于试图选举出一个Leader的状态,即LOOKING状态,LOOKING机器会向所有其他机器发送消息,该消息称为投票。投票中包含了SID(服务器的唯一标识)和ZXID(事务ID),(SID, ZXID)形式来标识一次投票信息。假定Zookeeper由5台机器组成,SID分别为1、2、3、4、5,ZXID分别为9、9、9、8、8,并且此时SID为2的机器是Leader机器,某一时刻,1、2所在机器出现故障,因此集群开始进行Leader选举。在第一次投票时,每台机器都会将自己作为投票对象,于是SID为3、4、5的机器投票情况分别为(3, 9),(4, 8), (5, 8)。

(2) 变更投票。每台机器发出投票后,也会收到其他机器的投票,每台机器会根据一定规则处理收到的其他机器的投票,并以此决定是否需要变更自己的投票,这个规则也是整个Leader选举算法核心所在,其中术语描述如下

vote_sid:接收到的投票中所推举Leader服务器的SID。

vote_zxid:接收到的投票中所推举Leader服务器的ZXID。

self_sid:当前服务器自己的SID。

self_zxid:当前服务器自己的ZXID。

每次对收到的投票的处理,都是对(vote_sid, vote_zxid)和(self_sid, self_zxid)对比的过程。

规则一:如果vote_zxid大于self_zxid,就认可当前收到的投票,并再次将该投票发送出去。

规则二:如果vote_zxid小于self_zxid,那么坚持自己的投票,不做任何变更。

规则三:如果vote_zxid等于self_zxid,那么就对比两者的SID,如果vote_sid大于self_sid,那么就认可当前收到的投票,并再次将该投票发送出去。

规则四:如果vote_zxid等于self_zxid,并且vote_sid小于self_sid,那么坚持自己的投票,不做任何变更。

结合上面规则,给出下面的集群变更过程。

(3) 确定Leader。经过第二轮投票后,集群中的每台机器都会再次接收到其他机器的投票,然后开始统计投票,如果一台机器收到了超过半数的相同投票,那么这个投票对应的SID机器即为Leader。此时Server3将成为Leader。

由上面规则可知,通常那台服务器上的数据越新(ZXID会越大),其成为Leader的可能性越大,也就越能够保证数据的恢复。如果ZXID相同,则SID越大机会越大。

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