在大數(shù)據(jù)生態(tài)當(dāng)中，分布式集群當(dāng)中的一個(gè)重要組件，就是Zookeeper，作為集群運(yùn)行的重要管理者，正如其名字“動物園管理員”所示，負(fù)責(zé)集群運(yùn)行的諸多事宜。今天的大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分享，我們就來具體講講，ZooKeeper工作原理。

在Zookeeper的工作流程當(dāng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，主要涉及到三個(gè)角色和四種狀態(tài)，這也是構(gòu)成Zookeeper體系架構(gòu)的重要組成部分。

ZooKeeper角色和狀態(tài)

角色：Leader，F(xiàn)ollower，Observer。

狀態(tài)：Leading，F(xiàn)ollowing，Observing，Looking。

Looking：當(dāng)前Server不知道Leader是誰，正在搜尋。

Leading：當(dāng)前Server即為選舉出來的Leader。

Following：Leader已經(jīng)選舉出來，當(dāng)前Server與之同步。

Observing：Observer的行為在大多數(shù)情況下與Follower完全一致，但是他們不參加選舉和投票，而僅僅接受(observing)選舉和投票的結(jié)果。

Zookeeper工作流程

Leader Election

當(dāng)Leader崩潰或者Leader失去大多數(shù)的Follower，這時(shí)候ZK進(jìn)入恢復(fù)模式，恢復(fù)模式需要重新選舉出一個(gè)新的Leader，讓所有的Server都恢復(fù)到一個(gè)正確的狀態(tài)。

Zk的選舉算法有兩種：一種是基于Basic paxos實(shí)現(xiàn)的，另外一種是基于Fast paxos算法實(shí)現(xiàn)的。

系統(tǒng)默認(rèn)的選舉算法為Fast paxos。

Fast paxos流程是在選舉過程中，某Server首先向所有Server提議自己要成為Leader，當(dāng)其它Server收到提議以后，解決epoch和zxid的沖突，并接受對方的提議，然后向?qū)Ψ桨l(fā)送接受提議完成的消息，重復(fù)這個(gè)流程，最后一定能選舉出Leader。

Leader工作流程

Leader主要有三個(gè)功能：
恢復(fù)數(shù)據(jù)；
維持與Follower的心跳，接收Follower請求并判斷Follower的請求消息類型；
Follower的消息類型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根據(jù)不同的消息類型，進(jìn)行不同的處理。

Follower主要有四個(gè)功能：
向Leader發(fā)送請求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；
接收Leader消息并進(jìn)行處理；
接收Client的請求，如果為寫請求，發(fā)送給Leader進(jìn)行投票；
返回Client結(jié)果。

Follower的消息循環(huán)處理如下幾種來自Leader的消息：
PING消息：心跳消息
PROPOSAL消息：Leader發(fā)起的提案，要求Follower投票
COMMIT消息：服務(wù)器端最新一次提案的信息
UPTODATE消息：表明同步完成
REVALIDATE消息：根據(jù)Leader的REVALIDATE結(jié)果，關(guān)閉待revalidate的session還是允許其接受消息
SYNC消息：返回SYNC結(jié)果到客戶端，這個(gè)消息最初由客戶端發(fā)起，用來強(qiáng)制得到最新的更新。

Zab協(xié)議（ZooKeeper Atomic Broadcast protocol）

Zookeeper的核心是原子廣播，這個(gè)機(jī)制保證了各個(gè)Server之間的同步。Zab協(xié)議有兩種模式，它們分別是恢復(fù)模式（Recovery選主）和廣播模式（Broadcast同步）。

當(dāng)服務(wù)啟動或者在領(lǐng)導(dǎo)者崩潰后，Zab就進(jìn)入了恢復(fù)模式，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者被選舉出來，且大多數(shù)Server完成了和Leader的狀態(tài)同步以后，恢復(fù)模式就結(jié)束了。狀態(tài)同步保證了Leader和Server具有相同的系統(tǒng)狀態(tài)。

為了保證事務(wù)的順序一致性，zookeeper采用了遞增的事務(wù)id號（zxid）來標(biāo)識事務(wù)。所有的提議（proposal）都在被提出的時(shí)候加上了zxid。

實(shí)現(xiàn)中zxid是一個(gè)64位的數(shù)字，它高32位是epoch用來標(biāo)識Leader關(guān)系是否改變，每次一個(gè)Leader被選出來，它都會有一個(gè)新的epoch，標(biāo)識當(dāng)前屬于那個(gè)Leader的統(tǒng)治時(shí)期。低32位用于遞增計(jì)數(shù)。