Zookeeper（37）Zookeeper的Leader选举流程是怎样的？

Zookeeper 的 Leader 选举是保证其高可用性和一致性的核心机制之一。在 Zookeeper 集群中，Leader 负责处理写请求和协调其他节点（Followers）。Zookeeper 采用了一个称为 ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast）协议的算法来进行 Leader 选举和日志复制。

Zookeeper Leader 选举流程

1. 启动和状态检测：

   • 每个 Zookeeper 节点（Server）在启动时都会进行自检，并尝试连接到其他节点。
   • 节点会尝试与其他节点通信，以检测它们的状态。

2. 发送投票：

   • 每个节点都会向其他节点发送投票，表示自己希望成为 Leader。
   • 投票信息包括节点的 ID 和最新的事务 ID（ZXID）。

3. 接收投票：

   • 节点接收到其他节点的投票后，会比较投票中的 ZXID 和节点 ID。
   • 节点会选择 ZXID 最大的投票作为新的投票目标。如果 ZXID 相同，则选择节点 ID 较大的节点。

4. 统计投票：

   • 节点会统计收到的投票数量。
   • 如果某个节点收到的投票数超过集群中节点总数的一半，则该节点被选为 Leader。

5. 通知结果：

   • 当某个节点确认自己成为 Leader 后，会通知其他节点。
   • 其他节点接收到通知后，会更新自己的状态，成为 Follower。

代码示例

以下是一个使用 Apache Curator 实现 Leader 选举的示例代码。

添加 Maven 依赖

在 pom.xml 中添加 Curator 客户端的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>5.2.0</version>
</dependency>

Leader 选举代码示例

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
import org.apache.curator.framework.recipes.leader.LeaderLatch;
import org.apache.curator.framework.recipes.leader.LeaderLatchListener;

public class ZookeeperLeaderElectionExample {
    private static final String ZK_ADDRESS = "zoo1:2181,zoo2:2181,zoo3:2181";
    private static final String LEADER_PATH = "/leader_latch_path";

    private CuratorFramework client;
    private LeaderLatch leaderLatch;

    public ZookeeperLeaderElectionExample() {
        client = CuratorFrameworkFactory.newClient(ZK_ADDRESS, new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
        client.start();
        leaderLatch = new LeaderLatch(client, LEADER_PATH);
    }

    public void start() throws Exception {
        leaderLatch.addListener(new LeaderLatchListener() {
            @Override
            public void isLeader() {
                System.out.println("I am the leader now!");
                // 执行成为 Leader 后的操作
            }

            @Override
            public void notLeader() {
                System.out.println("I am not the leader.");
                // 执行失去 Leader 后的操作
            }
        });
        leaderLatch.start();
    }

    public void close() throws Exception {
        leaderLatch.close();
        client.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZookeeperLeaderElectionExample example = new ZookeeperLeaderElectionExample();
        example.start();
        
        // 示例运行一段时间后关闭
        Thread.sleep(60000);
        example.close();
    }
}

详细解释

1. 启动和状态检测：

   • 每个 Zookeeper 节点在启动时会尝试与其他节点通信，以检测它们的状态。
   • 在代码中，使用 CuratorFrameworkFactory.newClient 创建一个 Curator 客户端实例，并调用 client.start() 启动客户端。

2. 发送投票：

   • 每个节点会向其他节点发送投票，表示自己希望成为 Leader。
   • 在代码中，使用 LeaderLatch 类实现 Leader 选举。创建 LeaderLatch 实例，并传入 Zookeeper 客户端和 Leader 选举的路径。

3. 接收投票：

   • 节点接收到其他节点的投票后，会比较投票中的 ZXID 和节点 ID。
   • 在代码中，通过 LeaderLatch.addListener 添加 Leader 选举监听器，监听选举结果。

4. 统计投票：

   • 节点会统计收到的投票数量。如果某个节点收到的投票数超过集群中节点总数的一半，则该节点被选为 Leader。
   • 在代码中，当节点成为 Leader 时，会调用 isLeader 方法；当节点失去 Leader 身份时，会调用 notLeader 方法。

5. 通知结果：

   • 当某个节点确认自己成为 Leader 后，会通知其他节点。其他节点接收到通知后，会更新自己的状态，成为 Follower。
   • 在代码中，通过打印日志的方式通知选举结果。

总结

Zookeeper 的 Leader 选举流程通过多数派机制和 ZAB 协议来确保高可用性和一致性。通过合理配置 Zookeeper 集群和使用 Curator 客户端库，可以实现高效的 Leader 选举。以上代码示例展示了如何使用 Apache Curator 实现 Leader 选举，并通过监听器机制处理选举结果。这些措施能够确保 Zookeeper 集群在面对网络分区或节点故障时仍能保持稳定和一致。