Zookeeper集群通过一系列机制来处理数据同步和故障恢复，以确保系统的一致性和高可用性。这些机制主要包括Zookeeper Atomic Broadcast（ZAB）协议、领导者选举和数据恢复过程。以下是详细描述：
数据同步
Zookeeper Atomic Broadcast（ZAB）协议
ZAB协议是Zookeeper用来保证数据一致性的核心协议。它确保所有写请求（事务）在集群中的所有节点上都以相同的顺序被执行。ZAB协议包括两个主要阶段：原子广播和恢复。
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原子广播：
- 事务提交：当客户端发送写请求时，Leader首先将这个事务分配一个全局唯一的事务ID（zxid），然后将事务广播给所有的Follower。
- 事务确认：Follower接收到事务后，会将其写入本地事务日志，并向Leader发送确认（ACK）。
- 事务应用：一旦Leader收到了大多数Follower的确认，Leader会将该事务标记为已提交，并再次广播提交消息。Follower在接收到提交消息后，将事务应用到本地数据存储中。
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恢复：
- 领导者选举：当Leader失效时，集群会通过领导者选举过程选出新的Leader。
- 数据同步：新Leader在选举完成后，会与Follower进行数据同步，确保所有节点的数据一致。Follower会将其本地数据与Leader的数据进行对比，并应用缺失的事务。
故障恢复
领导者选举
当现任Leader失效时，Zookeeper集群需要选出新的Leader。领导者选举过程如下：
- 选举触发：Follower检测到Leader失效后，会进入选举状态，并开始广播选举消息。
- 投票：每个Follower都会投票给其认为最合适的Leader候选者，通常是拥有最新事务日志的节点。
- 多数投票：一旦某个节点获得了超过半数的选票，它就会成为新的Leader。
- 通知和确认：新Leader会通知所有Follower自己已成为Leader，并开始接收和处理写请求。
数据恢复
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事务日志和快照：
- 事务日志：Zookeeper节点会将所有写请求记录到事务日志中，以便在节点重启或故障恢复时重新应用这些事务。
- 快照：Zookeeper节点定期生成数据快照（snapshot），保存当前的数据状态。这有助于在故障恢复时快速恢复数据。
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数据同步：
- 同步过程：当新的Leader选出后，它会与所有Follower进行数据同步。Follower会将其本地数据与Leader的数据进行对比，并应用缺失的事务。
- 差异恢复：如果Follower的事务日志与Leader不完全一致，Follower会请求Leader发送缺失的事务，以便恢复到最新状态。
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恢复完成：
- 一致性检查：在数据同步完成后，Leader和Follower会进行一致性检查，确保所有节点的数据完全一致。
- 恢复正常服务：一旦数据同步和一致性检查完成，集群恢复正常服务，继续处理客户端请求。
总结
Zookeeper通过ZAB协议实现数据同步，确保所有写请求在集群中的所有节点上以相同的顺序被执行，从而保证数据一致性。在故障恢复方面，通过领导者选举机制选出新的Leader，并通过事务日志和数据快照进行数据恢复和同步，确保系统在节点失效后能够迅速恢复到一致性状态。这些机制共同保障了Zookeeper集群的高可用性和数据一致性。
