Zookeeper的选举机制

一、概述：

Zookeeper的选举机制是它的一项核心功能，用于在分布式系统中选择一个领导者（leader）来处理各种请求和操作。以下是Zookeeper选举机制的一些关键方面：

1. 服务器ID（Server ID）：每个Zookeeper服务器在启动时都会被分配一个唯一的服务器ID（SID）。这个ID用于标识服务器在集群中的位置和角色。
2. 选举状态（Election State）：在选举过程中，Zookeeper服务器有四种状态：LOOKING（寻找状态）、FOLLOWING（跟随状态）、OBSERVING（观察状态）和LEADING（领导状态）。
3. 选举算法：Zookeeper使用FastLeaderElection（FLE）算法来进行选举。该算法基于过半数原则，即只有获得超过半数以上服务器投票的服务器才能成为领导者。
4. 投票（Vote）：在选举过程中，每个Zookeeper服务器都会投出一票。投票内容包含了该服务器的SID、ZXID（包含Epoch和计数）以及其他必要的信息。
5. 心跳（Heartbeat）：Zookeeper服务器之间通过心跳消息来保持彼此的连接和状态信息。当一个服务器收到心跳消息时，它会确认对方的存活状态，并在需要时重新进行选举。
6. 确认（Confirmation）：当一个Zookeeper服务器收到来自领导者的请求时，它会向领导者发送确认消息，表示自己已经接收到了该请求。
7. 重新选举（Re-Election）：如果当前的领导者出现故障或者无法继续服务，Zookeeper会重新进行选举。在重新选举过程中，所有服务器都会根据最新的ZXID和Epoch值来参与投票，并选出一个新的领导者。

通过这种选举机制，Zookeeper能够在分布式系统中保证数据的可靠性、一致性和高可用性。无论是在新节点加入集群、节点故障还是在负载均衡等情况下，Zookeeper都能够迅速地选择出一个新的领导者来处理各种请求和操作。

二、选举流程

如图：

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mid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10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1，23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。

三、集群中SID、ZXID、Epoch的作用

ZXID（Zookeeper Transaction ID）是Zookeeper中用于标识和排序事务的唯一ID。它是一个64位的数字，其中高32位是Epoch（时代），低32位用于递增计数。

SID（Server ID）是Zookeeper中每个服务器的唯一标识符。它是一个整数，用于标识服务器在Zookeeper集群中的位置和角色。

Epoch（时代）是一个用于标识Zookeeper集群中领导者（leader）和追随者（follower）之间关系的值。每当一个新的领导者被选出来，就会有一个新的Epoch值被分配，用于标识当前领导者。Epoch值通过ZXID的高32位来表示。

通过使用Epoch和递增计数值，ZXID确保了事务在Zookeeper集群中的顺序一致性。这种机制对于保证数据的一致性和可靠性非常重要，因为它确保了所有事务都能按照正确的顺序被处理和提交。