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zookeeper的Leader选举机制是什么

发布时间:2023-03-31 16:11:26 来源:亿速云 阅读:192 作者:iii 栏目:开发技术

本篇内容主要讲解“zookeeper的Leader选举机制是什么”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“zookeeper的Leader选举机制是什么”吧!

    zookeeper

    一个分布式服务框架,主要解决分布式应用中常见的多种数据问题,例如集群管理,状态同步等。为解决这些问题zookeeper需要Leader选举进行保障数据的强一致性机制和稳定性。

    01Leader选举机制

    Leader选举机制采用半数选举算法。

    每一个zookeeper服务端称之为一个节点,每个节点都有投票权,把其选票投向每一个有选举权的节点,当其中一个节点选举出票数过半,这个节点就会成为Leader,其它节点成为Follower。

    02Leader选举集群配置

    • 重命名zoo_sample.cfg文件为zoo1.cfg ,zoo2.cfg,zoo3.cfg,zoo4.cfg

    • 修改zoo.cfg文件,修改值如下:

    【plain】
    zoo1.cfg文件内容:
    dataDir=/export/data/zookeeper-1
    clientPort=2181
    server.1=127.0.0.1:2001:3001
    server.2=127.0.0.1:2002:3002:participant
    server.3=127.0.0.1:2003:3003:participant
    server.4=127.0.0.1:2004:3004:observer
    zoo2.cfg文件内容:
    dataDir=/export/data/zookeeper-2
    clientPort=2182
    server.1=127.0.0.1:2001:3001
    server.2=127.0.0.1:2002:3002:participant
    server.3=127.0.0.1:2003:3003:participant
    server.4=127.0.0.1:2004:3004:observer
    zoo3.cfg文件内容:
    dataDir=/export/data/zookeeper-3
    clientPort=2183
    server.1=127.0.0.1:2001:3001
    server.2=127.0.0.1:2002:3002:participant
    server.3=127.0.0.1:2003:3003:participant
    server.4=127.0.0.1:2004:3004:observer
    zoo4.cfg文件内容:
    dataDir=/export/data/zookeeper-4
    clientPort=2184
    server.1=127.0.0.1:2001:3001
    server.2=127.0.0.1:2002:3002:participant
    server.3=127.0.0.1:2003:3003:participant
    server.4=127.0.0.1:2004:3004:observer
    • server.第几号服务器(对应myid文件内容)=ip:数据同步端口:选举端口:选举标识

    • participant默认参与选举标识,可不写. observer不参与选举

    4.在/export/data/zookeeper-1,/export/data/zookeeper-2,/export/data/zookeeper-3,/export/data/zookeeper-4目录下创建myid文件,文件内容分别写1 ,2,3,4,用于标识sid(全称:Server ID)赋值。

    • 启动三个zookeeper实例:

    • bin/zkServer.sh start conf/zoo1.cfg

    • bin/zkServer.sh start conf/zoo2.cfg

    • bin/zkServer.sh start conf/zoo3.cfg

    • 每启动一个实例,都会读取启动参数配置zoo.cfg文件,这样实例就可以知道其作为服务端身份信息sid以及集群中有多少个实例参与选举。

    03Leader选举流程

    zookeeper的Leader选举机制是什么

    图1 第一轮到第二轮投票流程

    前提:

    设定票据数据格式vote(sid,zxid,epoch)

    • sid是Server ID每台服务的唯一标识,是myid文件内容;

    • zxid是数据事务id号;

    • epoch为选举周期,为方便理解下面讲解内容暂定为1初次选举,不写入下面内容里。

    按照顺序启动sid=1,sid=2节点

    第一轮投票:

    • sid=1节点:初始选票为自己,将选票vote(1,0)发送给sid=2节点;

    • sid=2节点:初始选票为自己,将选票vote(2,0)发送给sid=1节点;

    • sid=1节点:收到sid=2节点选票vote(2,0)和当前自己的选票vote(1,0),首先比对zxid值,zxid越大代表数据最新,优先选择zxid最大的选票,如果zxid相同,选举最大sid。当前投票选举结果为vote(2,0),sid=1节点的选票变为vote(2,0);

    • sid=2节点:收到sid=1节点选票vote(1,0)和当前自己的选票vote(2,0),参照上述选举方式,选举结果为vote(2,0),sid=2节点的选票不变;

    • 第一轮投票选举结束。

    第二轮投票:

    • sid=1节点:当前自己的选票为vote(2,0),将选票vote(2,0)发送给sid=2节点;

    • sid=2节点:当前自己的选票为vote(2,0),将选票vote(2,0)发送给sid=1节点;

    • sid=1节点:收到sid=2节点选票vote(2,0)和自己的选票vote(2,0), 按照半数选举算法,总共3个节点参与选举,已有2个节点选举出相同选票,推举sid=2节点为Leader,自己角色变为Follower;

    • sid=2节点:收到sid=1节点选票vote(2,0)和自己的选票vote(2,0),按照半数选举算法推举sid=2节点为Leader,自己角色变为Leader。

    这时启动sid=3节点后,集群里已经选举出leader,sid=1和sid=2节点会将自己的leader选票发回给sid=3节点,通过半数选举结果还是sid=2节点为leader。

    3.1 Leader选举采用多层队列架构

    zookeeper选举底层主要分为选举应用层和消息传输队列层,第一层应用层队列统一接收和发送选票,而第二层传输层队列,是按照服务端sid分成了多个队列,是为了避免给每台服务端发送消息互相影响。比如对某台机器发送不成功不会影响正常服务端的发送。

    zookeeper的Leader选举机制是什么

    图2 多层队列上下关系交互流程图

    04解析代码入口类

    通过查看zkServer.sh文件内容找到服务启动类:

    org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain

    05选举流程代码解析

    • 加载配置文件QuorumPeerConfig.parse(path);

    针对 Leader选举关键配置信息如下:

    • 读取dataDir目录找到myid文件内容,设置当前应用sid标识,做为投票人身份信息。下面遇到myid变量为当前节点自己sid标识。


      • 设置peerType当前应用是否参与选举

    • new QuorumMaj()解析server.前缀加载集群成员信息,加载allMembers所有成员,votingMembers参与选举成员,observingMembers观察者成员,设置half值votingMembers.size()/2.

    【Java】
    public QuorumMaj(Properties props) throws ConfigException {
            for (Entry<Object, Object> entry : props.entrySet()) {
                String key = entry.getKey().toString();
                String value = entry.getValue().toString();
                //读取集群配置文件中的server.开头的应用实例配置信息
                if (key.startsWith("server.")) {
                    int dot = key.indexOf('.');
                    long sid = Long.parseLong(key.substring(dot + 1));
                    QuorumServer qs = new QuorumServer(sid, value);
                    allMembers.put(Long.valueOf(sid), qs);
                    if (qs.type == LearnerType.PARTICIPANT)
    //应用实例绑定的角色为PARTICIPANT意为参与选举
                        votingMembers.put(Long.valueOf(sid), qs);
                    else {
                        //观察者成员
                        observingMembers.put(Long.valueOf(sid), qs);
                    }
                } else if (key.equals("version")) {
                    version = Long.parseLong(value, 16);
                }
            }
            //过半基数
            half = votingMembers.size() / 2;
        }

    QuorumPeerMain.runFromConfig(config) 启动服务;

    QuorumPeer.startLeaderElection() 开启选举服务;

    • 设置当前选票new Vote(sid,zxid,epoch)

    【plain】
    synchronized public void startLeaderElection(){
    try {
               if (getPeerState() == ServerState.LOOKING) {
                   //首轮:当前节点默认投票对象为自己
                   currentVote = new Vote(myid, getLastLoggedZxid(), getCurrentEpoch());
               }
           } catch(IOException e) {
               RuntimeException re = new RuntimeException(e.getMessage());
               re.setStackTrace(e.getStackTrace());
               throw re;
           }
    //........
    }
    • 创建选举管理类:QuorumCnxnManager;

    • 初始化recvQueue<Message(sid,ByteBuffer)>接收投票队列(第二层传输队列);

    • 初始化queueSendMap<sid,queue>按sid发送投票队列(第二层传输队列);

    • 初始化senderWorkerMap<sid,SendWorker>发送投票工作线程容器,表示着与sid投票节点已连接;

    • 初始化选举监听线程类QuorumCnxnManager.Listener。

    【Java】
    //QuorumPeer.createCnxnManager()
    public QuorumCnxManager(QuorumPeer self,
                            final long mySid,
                            Map&lt;Long,QuorumPeer.QuorumServer&gt; view,
                            QuorumAuthServer authServer,
                            QuorumAuthLearner authLearner,
                            int socketTimeout,
                            boolean listenOnAllIPs,
                            int quorumCnxnThreadsSize,
                            boolean quorumSaslAuthEnabled) {
        //接收投票队列(第二层传输队列)
        this.recvQueue = new ArrayBlockingQueue&lt;Message&gt;(RECV_CAPACITY);
        //按sid发送投票队列(第二层传输队列)
        this.queueSendMap = new ConcurrentHashMap&lt;Long, ArrayBlockingQueue&lt;ByteBuffer&gt;&gt;();
        //发送投票工作线程容器,表示着与sid投票节点已连接 
        this.senderWorkerMap = new ConcurrentHashMap&lt;Long, SendWorker&gt;();
        this.lastMessageSent = new ConcurrentHashMap&lt;Long, ByteBuffer&gt;();
        String cnxToValue = System.getProperty("zookeeper.cnxTimeout");
        if(cnxToValue != null){
            this.cnxTO = Integer.parseInt(cnxToValue);
        }
        this.self = self;
        this.mySid = mySid;
        this.socketTimeout = socketTimeout;
        this.view = view;
        this.listenOnAllIPs = listenOnAllIPs;
        initializeAuth(mySid, authServer, authLearner, quorumCnxnThreadsSize,
                quorumSaslAuthEnabled);
        // Starts listener thread that waits for connection requests 
        //创建选举监听线程 接收选举投票请求
        listener = new Listener();
        listener.setName("QuorumPeerListener");
    }
    //QuorumPeer.createElectionAlgorithm
    protected Election createElectionAlgorithm(int electionAlgorithm){
        Election le=null;
        //TODO: use a factory rather than a switch
        switch (electionAlgorithm) {
        case 0:
            le = new LeaderElection(this);
            break;
        case 1:
            le = new AuthFastLeaderElection(this);
            break;
        case 2:
            le = new AuthFastLeaderElection(this, true);
            break;
        case 3:
            qcm = createCnxnManager();// new QuorumCnxManager(... new Listener())
            QuorumCnxManager.Listener listener = qcm.listener;
            if(listener != null){
                listener.start();//启动选举监听线程
                FastLeaderElection fle = new FastLeaderElection(this, qcm);
                fle.start();
                le = fle;
            } else {
                LOG.error("Null listener when initializing cnx manager");
            }
            break;
        default:
            assert false;
        }
    return le;}
    • 开启选举监听线程QuorumCnxnManager.Listener;

    • 创建ServerSockket等待大于自己sid节点连接,连接信息存储到senderWorkerMap<sid,SendWorker>;

    • sid>self.sid才可以连接过来。

    【Java】
    //上面的listener.start()执行后,选择此方法
    public void run() {
        int numRetries = 0;
        InetSocketAddress addr;
        Socket client = null;
        while((!shutdown) && (numRetries < 3)){
            try {
                ss = new ServerSocket();
                ss.setReuseAddress(true);
                if (self.getQuorumListenOnAllIPs()) {
                    int port = self.getElectionAddress().getPort();
                    addr = new InetSocketAddress(port);
                } else {
                    // Resolve hostname for this server in case the
                    // underlying ip address has changed.
                    self.recreateSocketAddresses(self.getId());
                    addr = self.getElectionAddress();
                }
                LOG.info("My election bind port: " + addr.toString());
                setName(addr.toString());
                ss.bind(addr);
                while (!shutdown) {
                    client = ss.accept();
                    setSockOpts(client);
                    LOG.info("Received connection request "
                            + client.getRemoteSocketAddress());
                    // Receive and handle the connection request
                    // asynchronously if the quorum sasl authentication is
                    // enabled. This is required because sasl server
                    // authentication process may take few seconds to finish,
                    // this may delay next peer connection requests.
                    if (quorumSaslAuthEnabled) {
                        receiveConnectionAsync(client);
                    } else {
    //接收连接信息
                        receiveConnection(client);
                    }
                    numRetries = 0;
                }
            } catch (IOException e) {
                if (shutdown) {
                    break;
                }
                LOG.error("Exception while listening", e);
                numRetries++;
                try {
                    ss.close();
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (IOException ie) {
                    LOG.error("Error closing server socket", ie);
                } catch (InterruptedException ie) {
                    LOG.error("Interrupted while sleeping. " +
                        "Ignoring exception", ie);
                }
                closeSocket(client);
            }
        }
        LOG.info("Leaving listener");
        if (!shutdown) {
            LOG.error("As I'm leaving the listener thread, "
                    + "I won't be able to participate in leader "
                    + "election any longer: "
                    + self.getElectionAddress());
        } else if (ss != null) {
            // Clean up for shutdown.
            try {
                ss.close();
            } catch (IOException ie) {
                // Don't log an error for shutdown.
                LOG.debug("Error closing server socket", ie);
            }
        }
    }
    //代码执行路径:receiveConnection()->handleConnection(...)
    private void handleConnection(Socket sock, DataInputStream din)
                throws IOException {
    //...省略
         if (sid < self.getId()) {
                /*
                 * This replica might still believe that the connection to sid is
                 * up, so we have to shut down the workers before trying to open a
                 * new connection.
                 */
                SendWorker sw = senderWorkerMap.get(sid);
                if (sw != null) {
                    sw.finish();
                }
                /*
                 * Now we start a new connection
                 */
                LOG.debug("Create new connection to server: {}", sid);
                closeSocket(sock);
                if (electionAddr != null) {
                    connectOne(sid, electionAddr);
                } else {
                    connectOne(sid);
                }
            } else { // Otherwise start worker threads to receive data.
                SendWorker sw = new SendWorker(sock, sid);
                RecvWorker rw = new RecvWorker(sock, din, sid, sw);
                sw.setRecv(rw);
                SendWorker vsw = senderWorkerMap.get(sid);
                if (vsw != null) {
                    vsw.finish();
                }
      //存储连接信息<sid,SendWorker>
                senderWorkerMap.put(sid, sw);
                queueSendMap.putIfAbsent(sid,
                        new ArrayBlockingQueue<ByteBuffer>(SEND_CAPACITY));
                sw.start();
                rw.start();
         }
    }
    • 创建FastLeaderElection快速选举服务;

    • 初始选票发送队列sendqueue(第一层队列)

    • 初始选票接收队列recvqueue(第一层队列)

    • 创建线程WorkerSender

    • 创建线程WorkerReceiver

    【Java】
    //FastLeaderElection.starter
    private void starter(QuorumPeer self, QuorumCnxManager manager) {
        this.self = self;
        proposedLeader = -1;
        proposedZxid = -1;
        //发送队列sendqueue(第一层队列)
        sendqueue = new LinkedBlockingQueue<ToSend>();
        //接收队列recvqueue(第一层队列)
        recvqueue = new LinkedBlockingQueue<Notification>();
        this.messenger = new Messenger(manager);
    }
    //new Messenger(manager)
    Messenger(QuorumCnxManager manager) {
        //创建线程WorkerSender
        this.ws = new WorkerSender(manager);
        this.wsThread = new Thread(this.ws,
                "WorkerSender[myid=" + self.getId() + "]");
        this.wsThread.setDaemon(true);
        //创建线程WorkerReceiver
        this.wr = new WorkerReceiver(manager);
        this.wrThread = new Thread(this.wr,
                "WorkerReceiver[myid=" + self.getId() + "]");
        this.wrThread.setDaemon(true);
    }
    • 开启WorkerSender和WorkerReceiver线程。

    WorkerSender线程自旋获取sendqueue第一层队列元素

    • sendqueue队列元素内容为相关选票信息详见ToSend类;

    • 首先判断选票sid是否和自己sid值相同,相等直接放入到recvQueue队列中;

    • 不相同将sendqueue队列元素转储到queueSendMap<sid,queue>第二层传输队列中。

    【Java】//FastLeaderElection.Messenger.WorkerSenderclass WorkerSender extends ZooKeeperThread{
    //...
      public void run() {
        while (!stop) {
            try {
                ToSend m = sendqueue.poll(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                if(m == null) continue;
      //将投票信息发送出去
                process(m);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }
        LOG.info("WorkerSender is down");
      }
    }
    //QuorumCnxManager#toSend
    public void toSend(Long sid, ByteBuffer b) {
        /*
         * If sending message to myself, then simply enqueue it (loopback).
         */
        if (this.mySid == sid) {
             b.position(0);
             addToRecvQueue(new Message(b.duplicate(), sid));
            /*
             * Otherwise send to the corresponding thread to send.
             */
        } else {
             /*
              * Start a new connection if doesn't have one already.
              */
             ArrayBlockingQueue&lt;ByteBuffer&gt; bq = new ArrayBlockingQueue&lt;ByteBuffer&gt;(
                SEND_CAPACITY);
             ArrayBlockingQueue&lt;ByteBuffer&gt; oldq = queueSendMap.putIfAbsent(sid, bq);
             //转储到queueSendMap&lt;sid,queue&gt;第二层传输队列中
             if (oldq != null) {
                 addToSendQueue(oldq, b);
             } else {
                 addToSendQueue(bq, b);
             }
             connectOne(sid);     
        }
    }

    WorkerReceiver线程自旋获取recvQueue第二层传输队列元素转存到recvqueue第一层队列中。

    【Java】
    //WorkerReceiver
    public void run() {
        Message response;
        while (!stop) {
          // Sleeps on receive
          try {
              //自旋获取recvQueue第二层传输队列元素
              response = manager.pollRecvQueue(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
              if(response == null) continue;
              // The current protocol and two previous generations all send at least 28 bytes
              if (response.buffer.capacity() &lt; 28) {
                  LOG.error("Got a short response: " + response.buffer.capacity());
                  continue;
              }
              //...
      if(self.getPeerState() == QuorumPeer.ServerState.LOOKING){
             //第二层传输队列元素转存到recvqueue第一层队列中
             recvqueue.offer(n);
             //...
          }
        }
    //...
    }

    06选举核心逻辑

    • 启动线程QuorumPeer

    开始Leader选举投票makeLEStrategy().lookForLeader();

    sendNotifications()向其它节点发送选票信息,选票信息存储到sendqueue队列中。sendqueue队列由WorkerSender线程处理。

    【plain】
    //QuorunPeer.run
    //...
    try {
       reconfigFlagClear();
        if (shuttingDownLE) {
           shuttingDownLE = false;
           startLeaderElection();
           }
        //makeLEStrategy().lookForLeader() 发送投票
        setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader());
    } catch (Exception e) {
        LOG.warn("Unexpected exception", e);
        setPeerState(ServerState.LOOKING);
    }  
    //...
    //FastLeaderElection.lookLeader
    public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
    //...
      //向其他应用发送投票
    sendNotifications();
    //...
    }
    private void sendNotifications() {
        //获取应用节点
        for (long sid : self.getCurrentAndNextConfigVoters()) {
            QuorumVerifier qv = self.getQuorumVerifier();
            ToSend notmsg = new ToSend(ToSend.mType.notification,
                    proposedLeader,
                    proposedZxid,
                    logicalclock.get(),
                    QuorumPeer.ServerState.LOOKING,
                    sid,
                    proposedEpoch, qv.toString().getBytes());
            if(LOG.isDebugEnabled()){
                LOG.debug("Sending Notification: " + proposedLeader + " (n.leader), 0x"  +
                      Long.toHexString(proposedZxid) + " (n.zxid), 0x" + Long.toHexString(logicalclock.get())  +
                      " (n.round), " + sid + " (recipient), " + self.getId() +
                      " (myid), 0x" + Long.toHexString(proposedEpoch) + " (n.peerEpoch)");
            }
            //储存投票信息
            sendqueue.offer(notmsg);
        }
    }
    class WorkerSender extends ZooKeeperThread {
        //...
        public void run() {
        while (!stop) {
            try {
    //提取已储存的投票信息
                ToSend m = sendqueue.poll(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                if(m == null) continue;
                process(m);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }
        LOG.info("WorkerSender is down");
      }
    //...
    }

    自旋recvqueue队列元素获取投票过来的选票信息:

    【Java】
    public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
    //...
    /*
     * Loop in which we exchange notifications until we find a leader
     */
    while ((self.getPeerState() == ServerState.LOOKING) &amp;&amp;
            (!stop)){
        /*
         * Remove next notification from queue, times out after 2 times
         * the termination time
         */
        //提取投递过来的选票信息
        Notification n = recvqueue.poll(notTimeout,
                TimeUnit.MILLISECONDS);
    /*
     * Sends more notifications if haven't received enough.
     * Otherwise processes new notification.
     */
    if(n == null){
        if(manager.haveDelivered()){
            //已全部连接成功,并且前一轮投票都完成,需要再次发起投票
            sendNotifications();
        } else {
            //如果未收到选票信息,manager.contentAll()自动连接其它socket节点
            manager.connectAll();
        }
        /*
         * Exponential backoff
         */
        int tmpTimeOut = notTimeout*2;
        notTimeout = (tmpTimeOut &lt; maxNotificationInterval?
                tmpTimeOut : maxNotificationInterval);
        LOG.info("Notification time out: " + notTimeout);
             }
         //....
        }
      //...
    }
    【Java】
    //manager.connectAll()-&gt;connectOne(sid)-&gt;initiateConnection(...)-&gt;startConnection(...)
    private boolean startConnection(Socket sock, Long sid)
            throws IOException {
        DataOutputStream dout = null;
        DataInputStream din = null;
        try {
            // Use BufferedOutputStream to reduce the number of IP packets. This is
            // important for x-DC scenarios.
            BufferedOutputStream buf = new BufferedOutputStream(sock.getOutputStream());
            dout = new DataOutputStream(buf);
            // Sending id and challenge
            // represents protocol version (in other words - message type)
            dout.writeLong(PROTOCOL_VERSION);
            dout.writeLong(self.getId());
            String addr = self.getElectionAddress().getHostString() + ":" + self.getElectionAddress().getPort();
            byte[] addr_bytes = addr.getBytes();
            dout.writeInt(addr_bytes.length);
            dout.write(addr_bytes);
            dout.flush();
            din = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(sock.getInputStream()));
        } catch (IOException e) {
            LOG.warn("Ignoring exception reading or writing challenge: ", e);
            closeSocket(sock);
            return false;
        }
        // authenticate learner
        QuorumPeer.QuorumServer qps = self.getVotingView().get(sid);
        if (qps != null) {
            // TODO - investigate why reconfig makes qps null.
            authLearner.authenticate(sock, qps.hostname);
        }
        // If lost the challenge, then drop the new connection
        //保证集群中所有节点之间只有一个通道连接
        if (sid &gt; self.getId()) {
            LOG.info("Have smaller server identifier, so dropping the " +
                    "connection: (" + sid + ", " + self.getId() + ")");
            closeSocket(sock);
            // Otherwise proceed with the connection
        } else {
            SendWorker sw = new SendWorker(sock, sid);
            RecvWorker rw = new RecvWorker(sock, din, sid, sw);
            sw.setRecv(rw);
            SendWorker vsw = senderWorkerMap.get(sid);
            if(vsw != null)
                vsw.finish();
            senderWorkerMap.put(sid, sw);
            queueSendMap.putIfAbsent(sid, new ArrayBlockingQueue&lt;ByteBuffer&gt;(
                    SEND_CAPACITY));
            sw.start();
            rw.start();
            return true;
        }
        return false;
    }

    如上述代码中所示,sid>self.sid才可以创建连接Socket和SendWorker,RecvWorker线程,存储到senderWorkerMap<sid,SendWorker>中。对应第2步中的sid<self.sid逻辑,保证集群中所有节点之间只有一个通道连接。

    zookeeper的Leader选举机制是什么

    节点之间连接方式

    【Java】
    public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
    //...
        if (n.electionEpoch > logicalclock.get()) {
            //当前选举周期小于选票周期,重置recvset选票池
            //大于当前周期更新当前选票信息,再次发送投票
            logicalclock.set(n.electionEpoch);
            recvset.clear();
            if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                    getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch())) {
                updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
            } else {
                updateProposal(getInitId(),
                        getInitLastLoggedZxid(),
                        getPeerEpoch());
            }
            sendNotifications();
        } else if (n.electionEpoch < logicalclock.get()) {
            if(LOG.isDebugEnabled()){
                LOG.debug("Notification election epoch is smaller than logicalclock. n.electionEpoch = 0x"
                        + Long.toHexString(n.electionEpoch)
                        + ", logicalclock=0x" + Long.toHexString(logicalclock.get()));
            }
            break;
        } else if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) {//相同选举周期
            //接收的选票与当前选票PK成功后,替换当前选票
            updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
            sendNotifications();
        }
    //...
    }

    在上代码中,自旋从recvqueue队列中获取到选票信息。开始进行选举:

    • 判断当前选票和接收过来的选票周期是否一致

    • 大于当前周期更新当前选票信息,再次发送投票

    • 周期相等:当前选票信息和接收的选票信息进行PK

    【Java】
    //接收的选票与当前选票PK
    protected boolean totalOrderPredicate(long newId, long newZxid, long newEpoch, long curId, long curZxid, long curEpoch) {
            LOG.debug("id: " + newId + ", proposed id: " + curId + ", zxid: 0x" +
                    Long.toHexString(newZxid) + ", proposed zxid: 0x" + Long.toHexString(curZxid));
            if(self.getQuorumVerifier().getWeight(newId) == 0){
                return false;
            }
            /*
             * We return true if one of the following three cases hold:
             * 1- New epoch is higher
             * 2- New epoch is the same as current epoch, but new zxid is higher
             * 3- New epoch is the same as current epoch, new zxid is the same
             *  as current zxid, but server id is higher.
             */
            return ((newEpoch > curEpoch) ||
                    ((newEpoch == curEpoch) &&
                    ((newZxid > curZxid) || ((newZxid == curZxid) && (newId > curId)))));wId > curId)))));
      }

    在上述代码中的totalOrderPredicate方法逻辑如下:

    • 竞选周期大于当前周期为true

    • 竞选周期相等,竞选zxid大于当前zxid为true

    • 竞选周期相等,竞选zxid等于当前zxid,竞选sid大于当前sid为true

    • 经过上述条件判断为true将当前选票信息替换为竞选成功的选票,同时再次将新的选票投出去。

    【Java】
    public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
    //...
       //存储节点对应的选票信息
        // key:选票来源sid  value:选票推举的Leader sid
        recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch));
        //半数选举开始
        if (termPredicate(recvset,
                new Vote(proposedLeader, proposedZxid,
                        logicalclock.get(), proposedEpoch))) {
            // Verify if there is any change in the proposed leader
            while((n = recvqueue.poll(finalizeWait,
                    TimeUnit.MILLISECONDS)) != null){
                if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                        proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)){
                    recvqueue.put(n);
                    break;
                }
            }
            /*WorkerSender
             * This predicate is true once we don't read any new
             * relevant message from the reception queue
             */
            if (n == null) {
                //已选举出leader 更新当前节点是否为leader 
                self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ?
                        ServerState.LEADING: learningState());
                Vote endVote = new Vote(proposedLeader,
                        proposedZxid, proposedEpoch);
                leaveInstance(endVote);
                return endVote;
            }
        }
    //...
    }
    /**
         * Termination predicate. Given a set of votes, determines if have
         * sufficient to declare the end of the election round.
         *
         * @param votes
         *            Set of votes
         * @param vote
         *            Identifier of the vote received last  PK后的选票
         */
    private boolean termPredicate(HashMap<Long, Vote> votes, Vote vote) {
        SyncedLearnerTracker voteSet = new SyncedLearnerTracker();
        voteSet.addQuorumVerifier(self.getQuorumVerifier());
        if (self.getLastSeenQuorumVerifier() != null
                && self.getLastSeenQuorumVerifier().getVersion() > self
                        .getQuorumVerifier().getVersion()) {
            voteSet.addQuorumVerifier(self.getLastSeenQuorumVerifier());
        }
        /*
         * First make the views consistent. Sometimes peers will have different
         * zxids for a server depending on timing.
         */
        //votes 来源于recvset 存储各个节点推举出来的选票信息
        for (Map.Entry<Long, Vote> entry : votes.entrySet()) {
    //选举出的sid和其它节点选择的sid相同存储到voteSet变量中。
            if (vote.equals(entry.getValue())) {
    //保存推举出来的sid
                voteSet.addAck(entry.getKey());
            }
        }
        //判断选举出来的选票数量是否过半
        return voteSet.hasAllQuorums();
    }
    //QuorumMaj#containsQuorum
    public boolean containsQuorum(Set<Long> ackSet) {
        return (ackSet.size() > half);
       }

    在上述代码中:recvset是存储每个sid推举的选票信息。

    第一轮 sid1:vote(1,0,1) ,sid2:vote(2,0,1);

    第二轮 sid1:vote(2,0,1) ,sid2:vote(2,0,1)。

    最终经过选举信息vote(2,0,1)为推荐leader,并用推荐leader在recvset选票池里比对持相同票数量为2个。因为总共有3个节点参与选举,sid1和sid2都选举sid2为leader,满足票数过半要求,故确认sid2为leader。

    • setPeerState更新当前节点角色;

    • proposedLeader选举出来的sid和自己sid相等,设置为Leader;

    • 上述条件不相等,设置为Follower或Observing;

    • 更新currentVote当前选票为Leader的选票vote(2,0,1)。

    到此,相信大家对“zookeeper的Leader选举机制是什么”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是亿速云网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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