摘要：集群部署、集群角色说明、选举机制、数据提交机制、 集群配置说明

zookeeper集群的目的是为了保证系统的性能承载更多的客户端连接设专门提供的机制。通过集群可以实现以下功能：

• 读写分离：提高承载，为更多的客户端提供连接，并保障性能。
• 主从自动切换：提高服务容错性，部分节点故障不会影响整个服务集群。

半数以上运行机制说明：集群至少需要三台服务器，并且强烈建议使用奇数个服务器。因为zookeeper 通过判断大多数节点的存活来判断整个服务是否可用。比如3个节点，挂掉了2个表示整个集群挂掉，而用偶数4个，挂掉了2个也表示其并不是大部分存活，因此也会挂掉。

一、集群部署

1、配置语法

server.<节点ID>=:<数据同步端口>:<选举端口>

• 节点**ID**：服务id手动指定1至125之间的数字，并写到对应服务节点的 {dataDir}/myid 文件中。
• IP地址：节点的远程IP地址，可以相同。但生产环境就不能这么做了，因为在同一台机器就无法达到容错的目的。所以这种称作为伪集群。
• 数据同步端口：主从同时数据复制端口，（做伪集群时端口号不能重复）。
• 远举端口：主从节点选举端口，（做伪集群时端口号不能重复）。

2、配置文件示例

tickTime=2000
dataDir=/var/lib/zookeeper/
clientPort=2181
initLimit=5
syncLimit=2
#以下为集群配置，必须配置在所有节点的zoo.cfg文件中
server.1=zoo1:2888:3888
server.2=zoo2:2888:3888
server.3=zoo3:2888:3888

3、集群配置流程

1. 分别创建3个data目录用于存储各节点数据

mkdir data
mkdir data/1
mkdir data/3
mkdir data/3

1. 编写myid文件

echo 1 > data/1/myid
echo 3 > data/3/myid
echo 2 > data/2/myid

3、编写配置文件

conf/zoo1.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=data/1
clientPort=2181
#集群配置
server.1=127.0.0.1:2887:3887
server.2=127.0.0.1:2888:3888
server.3=127.0.0.1:2889:3889

conf/zoo2.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=data/2
clientPort=2182
#集群配置
server.1=127.0.0.1:2887:3887
server.2=127.0.0.1:2888:3888
server.3=127.0.0.1:2889:3889

conf/zoo3.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=data/3
clientPort=2183
#集群配置
server.1=127.0.0.1:2887:3887
server.2=127.0.0.1:2888:3888
server.3=127.0.0.1:2889:3889

4.分别启动

./bin/zkServer.sh start conf/zoo1.cfg
./bin/zkServer.sh start conf/zoo2.cfg
./bin/zkServer.sh start conf/zoo3.cfg

5.分别查看状态

./bin/zkServer.sh status conf/zoo1.cfg
Mode: follower
./bin/zkServer.sh status conf/zoo2.cfg
Mode: leader
./bin/zkServer.sh status conf/zoo3.cfg
Mode: follower

4、检查集群复制情况

分别连接指定节点
zkCli.sh 后加参数-server 表示连接指定IP与端口。

./bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
./bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2182
./bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2183

• 在任意节点中创建数据，查看其它节点已经同步成功。

注意： -server参数后同时连接多个服务节点，并用逗号隔开 127.0.0.1:2181,127.0.0.1:2182

二、集群角色说明

zookeeper 集群中总共有三种角色，分别是leader（主节点）follower(子节点) observer（次级子节点）

observer配置：
只要在集群配置中加上observer后缀即可，示例如下：

server.3=127.0.0.1:2889:3889:observer

1、选举机制

通过 ./bin/zkServer.sh status 命令可以查看到节点状态

./bin/zkServer.sh status conf/zoo1.cfg
Mode: follower
./bin/zkServer.sh status conf/zoo2.cfg
Mode: leader
./bin/zkServer.sh status conf/zoo3.cfg
Mode: follower

可以发现中间的2182 是leader状态.其选举机制如下图：

2、投票机制说明

第一轮投票全部投给自己
第二轮投票给myid比自己大的相邻节点
如果得票超过半数，选举结束。

3、选举触发

当集群中的服务器出现已下两种情况时会进行Leader的选举

1. 服务节点初始化启动
2. 半数以上的节点无法和Leader建立连接

当节点初始起动时会在集群中寻找Leader节点，如果找到则与Leader建立连接，其自身状态变化follower或observer。如果没有找到Leader，当前节点状态将变化LOOKING，进入选举流程。
在集群运行其间如果有follower或observer节点宕机只要不超过半数并不会影响整个集群服务的正常运行。但如果leader宕机，将暂停对外服务，所有follower将进入LOOKING 状态，进入选举流程。

三、数据同步机制

zookeeper 的数据同步是为了保证各节点中数据的一至性，同步时涉及两个流程，一个是正常的客户端数据提交，另一个是集群某个节点宕机在恢复后的数据同步。

1、客户端写入请求

写入请求的大至流程是，收leader接收客户端写请求，并同步给各个子节点。如下图：

但实际情况要复杂的多，比如client 它并不知道哪个节点是leader 有可能写的请求会发给follower ，由follower在转发给leader进行同步处理

2、客户端写入流程说明

1. client向zk中的server发送写请求，如果该server不是leader，则会将该写请求转发给leader server，leader将请求事务以proposal形式分发给follower；
2. 当follower收到收到leader的proposal时，根据接收的先后顺序处理proposal；
3. 当Leader收到follower针对某个proposal过半的ack后，则发起事务提交，重新发起一个commit的proposal
4. Follower收到commit的proposal后，记录事务提交，并把数据更新到内存数据库；
5. 当写成功后，反馈给client。

3、服务节点初始化同步

在集群运行过程当中如果有一个follower节点宕机，由于宕机节点没过半，集群仍然能正常服务。当leader 收到新的客户端请求，此时无法同步给宕机的节点。造成数据不一至。为了解决这个问题，当节点启动时，第一件事情就是找当前的Leader，比对数据是否一至。不一至则开始同步,同步完成之后在进行对外提供服务。
如何比对Leader的数据版本呢，这里通过ZXID事物ID来确认。比Leader就需要同步。

4、ZXID说明

ZXID是一个长度64位的数字，其中低32位是按照数字递增，任何数据的变更都会导致,低32位的数字简单加1。高32位是leader周期编号，每当选举出一个新的leader时，新的leader就从本地事物日志中取出ZXID,然后解析出高32位的周期编号，进行加1，再将低32位的全部设置为0。这样就保证了每次新选举的leader后，保证了ZXID的唯一性而且是保证递增的。

四、思考题

如果leader 节点宕机，在恢复后它还能被选为leader吗？

不能，因为会重新选举(选举期间暂停对外服务，直到新的leader产生)，然后再次加进来，原来的leader会跟新的leader进行数据同步，变成follwe

注：在集群重启后不再按照开始一样根据myid谁大谁就是leader，而是基于zxid(节点的事物ID)谁大谁就是leader，最终集群的zxid都相同