一、 zookeeper角色

1、leader角色

集群只能有一个leader角色，主要有两个职责：

1. 负责集群的写操作
2. 发起并维护各个Follower节点及Observer之间的心跳以监控集群的运行状态。

2、follower角色

集群可以有多个follower，follower通过心跳和leader保持连接，只要有两个职责：

1. 负责集群的读操作
2. 参与集群的leader选举

3、Observer角色

集群可以有多个Observer，Observer主要职责：

1. 负责集群的读操作

Observer功能与follower类似，主要区别是Observer无投票权。

zk集群想支持更多的客户端并发操作，只能增加更多的follower节点，但是过多follower会使投票阶段变得复杂，选主时间过长，不利于故障快速恢复。所以引入更多Observer节点。

二、zab协议

zab（zookeeper atomic broadcast）即zookeeper原子消息广播协议。该协议通过事务编号zxid保障集群状态的唯一性。zxid单调递增。

（1）Epoch

指当前集群的周期号，集群每次leader变更都会产生一个新的周期号，周期号单调递增。如果leader崩溃恢复后发现自己比当前集群中leader周期号小，则会以follower的角色加入集群

（2）zxid

zxid指zab协议的事务号，它是一个64位数字。低32位存储单调递增的计数器，针对客户端的每个事务请求，计数器都加1。高32位存储leader的周期号epoch，每次选举出一个新leader后高32位加1，之后低32位从0开始重新计数。

三、leader选举机制和流程

 

什么节点适合当leader？

1. 数据越新（事务zxid）
2. myid越大

（1）leader选举过程

1. 节点启动时，zk投票给自己
2. 通过socket发送给集群中其他节点（注意：只能由myid大的节点，向myid小的节点连接，反之不能连接，zk代码中会主动断开），进行pk（zxid，myid），然后改票
3. 通过过半机制，即可选举出leader节点，其他为follower节点
4. 新加入的节点直接为follower节点，之后进行数据同步（如果zkid比leader大，则直接回滚）

（2）leader选举的时机

1. zk启动时
2. leader节点挂掉时
3. 集群中超过一半follwer节点挂掉

注意：leader选举时不能提供服务

四、zk怎么处理写请求的

 

使用2pc两阶段提交

1. 客户端发送写请求给follower节点时，follower节点不处理写请求，会转发到leader节点。
2. leader节点首先生成日志zxid并持久化，然后发送给所有follower节点
3. follower节点持久化日志，之后返回ack。
4. leader节点while(true)（多线程，每条线程对应一个follower节点）等待ack，如果超过一半ack（过半机制，不包括Observer节点），则进行commit。
5. 所有节点更新database（内存中数据）

五、zookeeper怎么保证数据一致性

1. leader领导者机制
2. 2pc（两阶段提交）
3. 过半机制（验证是否超过一半）
4. 同步机制

当follower节点发送心跳（包含zxid）给leader节点时，如果zxid小则会触发同步机制，更近一步保证了数据一致性

六、zookeeper重要功能

1. watch机制（用于注册中心）
2. 临时、顺序节点（用于分布式锁）
3. leader选举机制（用于集群管理）

七、zookeeper的应用场景

1. dubbo框架的注册中心和配置中心
2. springcloud框架的注册中心
3. elastic-job分布式调度框架注册中心
4. kafka、hbase、hadoop、solr集群管理
5. curator框架实现分布式锁
6. TinyId实现分布式id
7. seata框架配置中心

八、zookeeper脑裂问题

zk集群中各个节点间的网络通信不良时, 容易出现脑裂现象。

集群中的节点监听不到leader节点的心跳, 就会认为leader节点出了问题, 此时集群将分裂为不同的小集群, 这些小集群会各自选举出自己的leader节点, 导致原有的集群中出现多个leader节点.

使用过半机制，当集群中存活的节点少于半数节点, 集群将不可用.