原文阅读：【巨人肩膀社区·博客·分享】一文彻底搞懂ZooKeeper选举机制

1. ZooKeeper 集群

ZooKeeper 是一个高性能分布式的开源协调服务，用于构建分布式应用程序和服务。 一个 ZooKeeper 集群通常由多个 ZooKeeper 服务器组成，这些服务器分布在不同的物理节点上。在集群中，每个服务器都知道其他服务器的存在，并且彼此协调工作以提供一致性和可用性。主要原理如下：

•写请求： 在 ZooKeeper 集群中，每个服务器可能处于三种状态之一：Leader、Follower 和 Observer。Leader 负责处理客户端的写请求，并将更新广播给其他服务器；而 Follower 和 Observer 则负责接收更新并复制数据。当一个 ZooKeeper 服务器启动或者 Leader 失效时，集群中的服务器会通过一种选举算法选出新的 Leader，以确保系统的可用性。

•数据同步： ZooKeeper 使用 ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）协议来确保数据的一致性和可靠性。当 Leader 收到写请求时，它会将请求转发给所有的 Follower，并等待大多数 Follower 确认写操作，然后再将写操作应用到本地状态。这种方式确保了数据的一致性，并且即使在部分服务器故障的情况下，系统仍然可以继续工作。

•读请求： 客户端可以通过连接到任意一个 ZooKeeper 服务器来访问集群，一旦连接建立成功，客户端就可以向任意一个服务器发送读写请求。如果客户端连接的是 Follower 或 Observer，那么它会被重定向到 Leader，并在 Leader 上执行操作。

•Watch 机制： ZooKeeper 提供了 Watch 机制，允许客户端在节点状态发生变化时接收通知。客户端可以在节点上设置 Watch，当节点的状态发生变化时，ZooKeeper 会向客户端发送通知，客户端可以据此执行相应的逻辑。



2. 选举机制

半数机制（过半机制）：2n + 1，安装奇数台。

10台服务器：3台。

20台服务器：5台。

100台服务器：11台。

台数多，好处：提高可靠性；坏处：影响通信延时。



说明：

SID：服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致。

ZXID：事务ID。ZXID是一个事务ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致，这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑有关。

Epoch：每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加



2.1 第一次启动选举





（1）服务器1启动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为LOOKING；

（2）服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的（服务器1）大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING

（3）服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；

（4）服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；

（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

2.2 非第一次启动





（1）当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入Leader选举：

•Leader 故障： 当前的 Leader 出现故障或不可用时，需要选举一个新的 Leader 来接管领导权，以确保系统的正常运行。这种情况下，其他 ZooKeeper 服务器会通过一种选举算法选出新的 Leader。

•新节点加入： 当新的 ZooKeeper 服务器加入集群时，需要选举一个 Leader 来维护集群的状态和数据一致性。新节点会参与选举，并且如果选举成功，它可能成为新的 Leader。

•集群初始化： 在集群初始化阶段，当第一个 ZooKeeper 服务器启动时，它会尝试成为 Leader。如果此时没有其他节点加入集群，那么它就会成为唯一的 Leader。

（2）而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态：

•集群中本来就已经存在一个Leader。机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。

•集群中确实不存在Leader。

假设ZooKeeper由5台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID分别为8、8、8、7、7，并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻，3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。





选举Leader规则：

①EPOCH大的直接胜出

②EPOCH相同，事务id大的胜出

③事务id相同，服务器id大的胜出



3. Follower（跟随者）和Candidate（候选者）节点区别

在Zookeeper中，Follower（跟随者）和Candidate（候选者）节点是Zookeeper集群中不同角色的节点，它们在集群中扮演着不同的角色和责任。

Follower节点（跟随者）：

•Follower节点是Zookeeper集群中的普通节点，它们的主要责任是参与Leader选举和数据同步。

•Follower节点跟随Leader节点，对客户端的读请求进行处理，并与Leader节点保持数据同步。

•Follower节点只能接收来自Leader节点的消息，并不能主动发起消息。

Candidate节点（候选者）：

•Candidate节点是在进行Leader选举时，从Follower节点中选出的临时候选节点。

•候选者节点在Leader选举期间参与投票，如果获得了大多数Follower节点的选票，就会成为新的Leader节点。

•候选者节点会在选举超时时间内等待Follower节点的投票结果，如果在超时时间内没有获得足够的选票，就会重新成为Follower节点。

总的来说，Follower节点是普通节点，负责数据同步和处理客户端的读请求；而Candidate节点是在Leader选举期间临时产生的候选者，参与选举过程，有可能成为新的Leader节点。