Zookeeper選舉詳解

一、選舉演算法

Zookeeper中的選舉演算法採用的是Paxos演算法的變種。Paxos演算法的目標是實現一致性問題，而Zookeeper選舉的目的是選取領導者，所以選舉演算法和Paxos略有不同。Zookeeper使用的是FastLeaderElection演算法，該演算法的實現源代碼可以在官方網站上下載。

public void lookupLeader(){
  synchronized(ml){
    //查找並更新各個伺服器的信息
    updateServerList();

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

//--查找自己所在的投票組，並進行投票
void findLeader(){
  while (!stop.search) {
    //每個投票組內部進行投票決策的時間逐漸縮短
    if (to.isObserver()) {
      //...
    }else if (zabState == QuorumPeer.ServerState.LOOKING) {
      //...
      sendNotifications();
      //--對接收到的投票進行處理，更新投票狀態
      handleNotifications();
    }
  }
}

發起選舉的伺服器會向其他伺服器發送投票通知，嘗試成為領導者。每個伺服器都會收到其他伺服器的投票通知，並在進行投票決策。如果有一台伺服器的票數在某個時刻超過了半數，那麼這台伺服器就會成為領導者。

二、參與選舉的節點

Zookeeper集群中的每個節點都可以成為領導者，每個節點在啟動時會自動發起選舉並參與到投票中。如果節點宕機或者網路連接出現問題導致無法參與投票，其他節點會在一定時間內等待其恢復正常。如果等待時間過長，集群就會進入不可用狀態，需要通過手動干預來恢復。

三、優化選舉機制

Zookeeper的選舉機制是高效可靠的，但如果集群規模較大，選舉過程可能會出現延遲。為了提高選舉速度和可靠性，可以採取以下措施：

1. 增加投票通知的超時時間，使得每個節點能夠更充分地處理收到的投票通知；

2. 增加投票組的數量，減少每個投票組內部的節點數量，從而降低每個節點的負擔。

3. 使用一些自動化工具來監控集群的狀態，及時發現節點宕機或者網路連接問題，並採取措施來避免其影響到選舉過程。

四、應用場景

Zookeeper選舉機制可以應用於分散式系統的各個方面，如分散式鎖、負載均衡、消息隊列等。例如，在分散式鎖應用場景中，可以通過Zookeeper選舉機制來實現鎖的協調，防止鎖的重複獲取或者鎖的釋放問題。

public void lock() throws KeeperException, InterruptedException {
  //--嘗試獲取鎖
  if (tryLock()) {
    logger.info(Thread.currentThread().getName() + " gets the lock.");
    return;
  }
  //--等待鎖
  waitForLock();

  //--遞歸調用獲取鎖
  lock();
}

//--等待鎖
private void waitForLock() throws KeeperException, InterruptedException {
  //--註冊父節點的監聽事件
  Stat stat = zk.exists(lockPath, true);
  if (stat != null) {
    synchronized(mutex) {
      mutex.wait();
    }
  }
}

//--嘗試獲取鎖
private boolean tryLock() throws KeeperException, InterruptedException {
  NodeData nodeData = new NodeData(nodeName, Thread.currentThread().getName());
  byte[] data = serializer.serialize(nodeData);

  //--創建臨時節點
  currentPath = zk.create(lockPath + "/", data, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

  //--獲取子節點列表
  List childList = zk.getChildren(lockPath, false);

  //--排序子節點列表
  Collections.sort(childList);

  //--判斷當前節點是否為序號最小的節點
  if (currentPath.equals(lockPath + "/" + childList.get(0))) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

上述代碼實現了一個基於Zookeeper的分散式鎖，其中嘗試獲取鎖時即依賴Zookeeper選舉機制。通過創建臨時節點來實現鎖的協調，保障不同的節點在不同的時刻只有一個能夠獲取到鎖。