Zookeeper选举详解

一、选举算法

Zookeeper中的选举算法采用的是Paxos算法的变种。Paxos算法的目标是实现一致性问题，而Zookeeper选举的目的是选取领导者，所以选举算法和Paxos略有不同。Zookeeper使用的是FastLeaderElection算法，该算法的实现源代码可以在官方网站上下载。

public void lookupLeader(){
  synchronized(ml){
    //查找并更新各个服务器的信息
    updateServerList();

    //--查找自己所在的投票组
    findLeader();
  }
}

//--查找自己所在的投票组，并进行投票
void findLeader(){
  while (!stop.search) {
    //每个投票组内部进行投票决策的时间逐渐缩短
    if (to.isObserver()) {
      //...
    }else if (zabState == QuorumPeer.ServerState.LOOKING) {
      //...
      sendNotifications();
      //--对接收到的投票进行处理，更新投票状态
      handleNotifications();
    }
  }
}

发起选举的服务器会向其他服务器发送投票通知，尝试成为领导者。每个服务器都会收到其他服务器的投票通知，并在进行投票决策。如果有一台服务器的票数在某个时刻超过了半数，那么这台服务器就会成为领导者。

二、参与选举的节点

Zookeeper集群中的每个节点都可以成为领导者，每个节点在启动时会自动发起选举并参与到投票中。如果节点宕机或者网络连接出现问题导致无法参与投票，其他节点会在一定时间内等待其恢复正常。如果等待时间过长，集群就会进入不可用状态，需要通过手动干预来恢复。

三、优化选举机制

Zookeeper的选举机制是高效可靠的，但如果集群规模较大，选举过程可能会出现延迟。为了提高选举速度和可靠性，可以采取以下措施：

1. 增加投票通知的超时时间，使得每个节点能够更充分地处理收到的投票通知；

2. 增加投票组的数量，减少每个投票组内部的节点数量，从而降低每个节点的负担。

3. 使用一些自动化工具来监控集群的状态，及时发现节点宕机或者网络连接问题，并采取措施来避免其影响到选举过程。

四、应用场景

Zookeeper选举机制可以应用于分布式系统的各个方面，如分布式锁、负载均衡、消息队列等。例如，在分布式锁应用场景中，可以通过Zookeeper选举机制来实现锁的协调，防止锁的重复获取或者锁的释放问题。

public void lock() throws KeeperException, InterruptedException {
  //--尝试获取锁
  if (tryLock()) {
    logger.info(Thread.currentThread().getName() + " gets the lock.");
    return;
  }
  //--等待锁
  waitForLock();

  //--递归调用获取锁
  lock();
}

//--等待锁
private void waitForLock() throws KeeperException, InterruptedException {
  //--注册父节点的监听事件
  Stat stat = zk.exists(lockPath, true);
  if (stat != null) {
    synchronized(mutex) {
      mutex.wait();
    }
  }
}

//--尝试获取锁
private boolean tryLock() throws KeeperException, InterruptedException {
  NodeData nodeData = new NodeData(nodeName, Thread.currentThread().getName());
  byte[] data = serializer.serialize(nodeData);

  //--创建临时节点
  currentPath = zk.create(lockPath + "/", data, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

  //--获取子节点列表
  List childList = zk.getChildren(lockPath, false);

  //--排序子节点列表
  Collections.sort(childList);

  //--判断当前节点是否为序号最小的节点
  if (currentPath.equals(lockPath + "/" + childList.get(0))) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

上述代码实现了一个基于Zookeeper的分布式锁，其中尝试获取锁时即依赖Zookeeper选举机制。通过创建临时节点来实现锁的协调，保障不同的节点在不同的时刻只有一个能够获取到锁。