又到了金三銀四的時(shí)候，大家都按耐不住內(nèi)心的躁動(dòng)，我在這里給大家分享下之前面試中遇到的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)（ZAB協(xié)議），希望對(duì)大家有些幫助。如有不足，歡迎大佬們指點(diǎn)指點(diǎn)。

ZAB協(xié)議雖然舍棄分布式協(xié)議中的可用性，但卻是一致性的經(jīng)典代表。

1、zookeeper服務(wù)端架構(gòu)?

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咱們先來看下zookeeper的架構(gòu)圖，從上圖可知，zookeeper服務(wù)端中會(huì)存在一個(gè)leader節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的寫入，而其他follower節(jié)點(diǎn)只支持讀，follower節(jié)點(diǎn)的寫請(qǐng)求會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給leader節(jié)點(diǎn)處理，有點(diǎn)類似讀寫分離的主從模式。

2、ZAB協(xié)議過程說明

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1. 所有事務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給leader
2. Leader分配全局單調(diào)遞增事務(wù)id(Zxid)，廣播事務(wù)提議
3. Follower處理提議，做出反饋
4. Leader收到過半數(shù)反饋，廣播Commit

從這個(gè)過程可以看出ZAB協(xié)議的重要特性是==有序性==，主要提現(xiàn)在Zxid的生成規(guī)則上

3、ZAB協(xié)議中的崩潰恢復(fù)

Leader服務(wù)器出現(xiàn)崩潰，或者說由于網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е翷eader服務(wù)器失去了與過半Follower的聯(lián)系，那么就會(huì)講入崩潰恢復(fù)模式。

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1. ZAB協(xié)議規(guī)定如果一個(gè)事務(wù)Proposal在一臺(tái)機(jī)器上被處理成功，那么應(yīng)該在所有的機(jī)器上都被處理成功，哪怕機(jī)器出現(xiàn)故障崩潰。
2. ZAB協(xié)議確保那些已經(jīng)在Leader服務(wù)器上提交的事務(wù)最終被所有服務(wù)器都提交
3. ZAB協(xié)議確保丟棄那些只在Leader服務(wù)器上被提出的事務(wù)

ZAB協(xié)議需要設(shè)計(jì)的選舉算法應(yīng)該滿足:

確保提交已經(jīng)被Leader提交的事務(wù)Proposal，同時(shí)丟棄已經(jīng)被跳過的事務(wù)Proposal。

這個(gè)選舉算法的好處是什么呢？

1. 如果讓Leader選舉算法能夠保證新選舉出來的Leader服務(wù)器擁有集群中所有機(jī)器最高ZXID的事務(wù)Proposal，那么就可以保證這個(gè)新選舉出來的Leader一定具有所有已經(jīng)提交的提案。如果讓具有最高編號(hào)事務(wù)
2. Proposal 的機(jī)器來成為 Leader，就可以省去 Leader 服務(wù)器檢查Proposal的提交和丟棄工作的這一步操作。

對(duì)選舉算法的要求:

1. 選出的Leader節(jié)點(diǎn)上要持有最高的zxid
2. 過半數(shù)節(jié)點(diǎn)同意

4、ZAB協(xié)議中的數(shù)據(jù)同步

Leader選舉出來后，需完成Followers與Leader的數(shù)據(jù)同步，當(dāng)半數(shù)的Followers完成同步，則可以開始提供服務(wù)。

同步的過程如下:

1. Leader 服務(wù)器會(huì)為每一個(gè) Follower服務(wù)器都準(zhǔn)備一個(gè)隊(duì)列，并將那些沒有被各Follower服務(wù)器同步的事務(wù)以Proposal消息的形式逐個(gè)發(fā)送給Follower服務(wù)器，并在每一個(gè)Proposal消息后面緊接著再發(fā)送一個(gè)Commit消息，以表示該事務(wù)已經(jīng)被提交。
2. Follower服務(wù)器將所有其尚未同步的事務(wù)Proposal 都從 Leader 服務(wù)器上同步過來并成功應(yīng)用到本地?cái)?shù)據(jù)庫中后，Leader服務(wù)器就會(huì)將該Follower服務(wù)器加入到真正的可用 Follower列表中，并開始之后的其他流程。

5、ZAB協(xié)議中丟棄事務(wù)Proposal外理

在ZAB協(xié)議的事務(wù)編號(hào)ZXID設(shè)計(jì)中，ZXID是一個(gè)64位的數(shù)字。

1. 低32位是一個(gè)簡單的單調(diào)遞增的計(jì)數(shù)器，針對(duì)客戶端的每一個(gè)事務(wù)請(qǐng)求，Leader服務(wù)器在產(chǎn)生一個(gè)新的事務(wù)Proposal的時(shí)候，都會(huì)對(duì)該計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1操作;
2. 高32位代表了Leader周期紀(jì)元的編號(hào)，每當(dāng)選舉產(chǎn)生一個(gè)新的Leader服務(wù)器，就會(huì)從這個(gè)Leader服務(wù)器上取出基本地日志中最大事務(wù) Proposal的ZXID，并從該ZXID中解析出對(duì)應(yīng)的紀(jì)元值，然后對(duì)其進(jìn)行加1操作，之后就會(huì)以此編號(hào)作為新的紀(jì)元,并將低32位置0來開始生成新的ZXID。

基于這樣的策略，當(dāng)一個(gè)包含了上一個(gè)Leader周期中尚未提交過的事務(wù)Proposal的服務(wù)器啟動(dòng)加入到集群中，發(fā)現(xiàn)此時(shí)集群中已經(jīng)存在leader，將自身以Follower角色連接上Leader服務(wù)器之后，Leader服務(wù)器會(huì)根據(jù)自己服務(wù)器上最后被提交的 Proposal來和 Follower 服務(wù)器的Proposal進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)follower中有上一個(gè)leader周期的事務(wù)Proposal時(shí)，Leader會(huì)要求Follower進(jìn)行一個(gè)回退操作（回退到一個(gè)確實(shí)已經(jīng)被集群中過半機(jī)器提交的最新的事務(wù)Proposal)。

6、ZooKeeper集群Leader選舉機(jī)制

選舉機(jī)制中的概念:

1. 服務(wù)器id：myid
2. 事務(wù)id，服務(wù)器中存放的最大Zxid
3. 邏輯時(shí)鐘，發(fā)起的投票輪數(shù)計(jì)數(shù)
4. 選舉狀態(tài):

   Looking，競選狀態(tài)。
   Following，隨從狀態(tài)，同步leader狀態(tài)，參與投票。
   Observing，觀察狀態(tài)，同步leader狀態(tài)，不參與投票。
   Leading，領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)。

選舉算法:

1. 每個(gè)服務(wù)實(shí)例均發(fā)起選舉自己為領(lǐng)導(dǎo)者的投票(自己的投給自己）;
2. 其他服務(wù)實(shí)例收到投票邀請(qǐng)時(shí)，比較發(fā)起者的數(shù)據(jù)事務(wù)ID是否比自己最新的事務(wù)ID大,大則給它投一票，小則不投票給它，相等則比較發(fā)起者的服務(wù)器ID，大則投票給它;
3. 發(fā)起者收到大家的投票反饋后，看投票數(shù)(含自己的)是否大于集群的半數(shù)，大于則勝 出，擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)者;未超過半數(shù)且領(lǐng)導(dǎo)者未選出，則再次發(fā)起投票。

勝出條件:

投票贊成數(shù)大于半數(shù)則勝出的邏輯。

選舉示例

有5臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器均沒有數(shù)據(jù)，它們的編號(hào)分別是1,2;3,4,5,按編號(hào)依次啟動(dòng)，它們的選舉過程如下:

1. 服務(wù)器1啟動(dòng)，給自己投票，然后發(fā)投票信息，由于其它機(jī)器還沒有啟動(dòng)所以它收不到反饋信息，服務(wù)器1的狀態(tài)一直屬于Looking
2. 服務(wù)器2啟動(dòng)，給自己投票，同時(shí)與之前啟動(dòng)的服務(wù)器1交換結(jié)果，由于服務(wù)器2的編號(hào)大所以服務(wù)器2勝出，但此時(shí)投票數(shù)沒有大于半數(shù)，所以兩個(gè)服務(wù)器的狀態(tài)依然是Lookingo
3. 服務(wù)器3啟動(dòng)，給自己投票，同時(shí)與之前啟動(dòng)的服務(wù)器1,2交換信息，由于服務(wù)器3的編號(hào)最大所以服務(wù)器3勝出，此時(shí)投票數(shù)正好大于半數(shù)，所以服務(wù)器3成為領(lǐng)導(dǎo)者，服務(wù)器1,2成為小弟。
4. 服務(wù)器4啟動(dòng)，給自己投票，同時(shí)與之前啟動(dòng)的服務(wù)器1,2,3交換信息，盡管服務(wù)器4的編號(hào)大，但之前服務(wù)器3已經(jīng)勝出，所以服務(wù)器4只能成為小弟。
5. 服務(wù)器5啟動(dòng),后面的邏輯同服務(wù)器4成為小弟。

7、總結(jié)

在微服務(wù)和分布式的時(shí)代，zookeeper作為協(xié)調(diào)服務(wù)的代表，在面試中很容易被問到，希望大家能掌握這方面的知識(shí)，提高自己的核心競爭力，在談薪的時(shí)候拿到最高的那個(gè)區(qū)間。

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