ZooKeeper 的架构是怎样的？

前言

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正文

ZooKeeper 的架构图主要包含以下几个部分：

1. ZooKeeper Client：是 ZooKeeper 的客户端，可以连接到任意一个 ZooKeeper Server 上（除非 leaderServes 参数被显式设置，leader 不允许接受客户端连接）。客户端使用并维护一个 TCP 连接，通过这个连接发送请求、接收响应、获取观察的事件以及发送心跳。如果这个 TCP 连接中断，客户端将自动尝试连接到另外的 ZooKeeper Server。
2. ZooKeeper Server：是 ZooKeeper 的服务端，可以组成一个集群来提供高可用的分布式协调服务。

ZooKeeper Server 有三种角色：Leader、Follower 和 Observer

• Leader：是整个 ZooKeeper 集群工作机制中的核心。Leader 作为整个 ZooKeeper 集群的主节点，负责响应所有对 ZooKeeper 状态变更的请求。主要工作有：事务请求的唯一调度和处理，保障集群处理事务的顺序性。集群内各服务器的调度者。Leader 选举是 ZooKeeper 最重要的技术之一，也是保障分布式数据一致性的关键所在。
• Follower：是 ZooKeeper 集群状态的跟随者。他的逻辑就比较简单。除了响应本服务器上的读请求外，follower 还要处理 leader 的提议，并在 leader 提交该提议时在本地也进行提交。另外需要注意的是，leader 和 follower 构成 ZooKeeper 集群的法定人数，也就是说，只有他们才参与新 leader 的选举、响应 leader 的提议。
• Observer：服务器充当一个观察者的角色。如果 ZooKeeper 集群的读取负载很高，或者客户端多到跨机房，可以设置一些 observer 服务器，以提高读取的吞吐量。Observer 和 Follower 比较相似，只有一些小区别：首先 observer 不属于法定人数，即不参加选举也不响应提议，也不参与写操作的“过半写成功”策略；其次是 observer 不需要将事务持久化到磁盘，一旦 observer 被重启，需要从 leader 重新同步整个名字空间。

ZooKeeper 集群中节点（Leader+Follower）个数通常是奇数，方便投票选举。ZooKeeper 中的选举机制请参考我的这篇博客——《一篇文章搞懂 ZooKeeper 的选举机制》

通信

Leader 和 Follower 之间的通信

1. Leader 发送提议（proposal）给 Follower，提议包含了要执行的事务请求和事务编号。
2. Follower 收到提议后，如果同意，就发送回复（acknowledgement）给 Leader。
3. Leader 收到过半 Follower 的回复后，就发送提交（commit）给所有 Follower，表示该提议可以执行了。
4. Follower 收到提交后，就在本地执行该提议，并向客户端返回结果。
5. Leader 和 Follower 还会定期发送心跳（ping）给对方，以维持连接和检测故障。

Leader 和 Observer 之间的通信

1. Leader 发送提议和提交给 Observer，Observer 只需要等待提交就可以执行事务，不需要发送回复给 Leader。
2. Observer 收到提交后，就在本地执行该提议，并向客户端返回结果。
3. Leader 和 Observer 还会定期发送心跳给对方，以维持连接和检测故障。

Follower 和 Observer 之间的通信

1. Follower 可以将自己收到的提议转发给 Observer，以减轻 Leader 的负担。
2. Observer 收到提议后，仍然需要等待 Leader 的提交才能执行事务。

Follower 和 Follower 之间有通信吗？

• Follower 和 Follower 之间没有通信，他们只和 Leader 通信。
• 这是为了简化 ZooKeeper 的协议和实现，避免复杂的多对多通信。
• Follower 和 Follower 之间的数据一致性是通过 Leader 的提议和提交来保证的。

Observer 和 Observer 之间有通信吗？

• Observer 和 Observer 之间没有通信，他们只和 Leader 或 Follower 通信。
• 这是为了简化 ZooKeeper 的协议和实现，避免复杂的多对多通信。
• Observer 和 Observer 之间的数据一致性是通过 Leader 或 Follower 的提议和提交来保证的。