一文了解Zookeeper Atomic Broadcast協議（乾貨）
Zookeeper基於ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast），實現了主備模式下的系統架構，保持叢集中各個副本之間的資料一致性。
ZAB協議定義了選舉（election）、發現（discovery）、同步（sync）、廣播(Broadcast)四個階段。
選舉（election）是選出哪臺為主機； 發現（discovery）、同步（sync）當主選出後，要做的恢復資料的階段；
廣播(Broadcast)當主機和從選出並同步好資料後，正常的主寫同步從寫資料的階段。
下面簡單地介紹下ZAB協議，目的是能夠快速瞭解其精髓，快速掌握ZAB協議。然後通過論文了解具體協議的細節。主要介紹選舉和廣播兩個階段。
基本概念
我們瞭解下zk的一些基本概念。
zk叢集有三種角色：
leader 就是我們說的主；
follower 就是我們說的從；
observer 可以認為是主的clone copy，不參與投票，本文可忽略；
zk叢集的一個節點，有三種狀態：
looking 選舉狀態，當前群龍無首；
leading leader才有的狀態；
following follower才有的狀態；
每次寫成功的訊息，都有一個全域性唯一的標識，叫zxid。是64bit的正整數，高32為叫epoch表示選舉紀元，低32位是自增的id，每寫一次加一。 可以想象為中國古代的年號，例如萬曆十五年，萬曆是epoch，十五年是id。
zk叢集一般都是奇數個機器（2n+1）,只有一個主機leader，其餘都是從機follower。選主還是寫資料，要有>=n+1臺選舉相同，才能執行選舉的操作。
投票優先順序：優先比較zxid，如果相等，再比較機器的id，都按從大到小的順序。
選舉
當叢集新建，或者主機宕機，或者主機與一半或以上的從機失去聯絡後，都會觸發選擇新的主機操作。有兩種演算法 fast paxos和 basic paxos。
fast paxos
預設ZAB採用的演算法是fast paxos演算法。
每次選舉都要把選舉輪數加一，類似於zxid裡的epoch欄位，防止不同輪次的選舉互相干擾。
每個進入looking狀態的節點，最開始投票給自己，然後把投票訊息發給其它機器。內容為<第幾輪投票，被投節點的zxid，被投節點的編號>。
其他looking狀態的節點收到後，
1 首先判斷票是否有效。 是否有效的方法為看票的投票輪數和本地記載的投票輪數是否相等：
2.1 如果比本地投票輪數的小，丟棄。
2.2 如果比本地投票輪數的大
證明自己投票過期了，清空本地投票資訊，
更新投票輪數和結果為收到的內容。
通知其他所有節點新的投票方案。
2.3 如果和本地投票輪數相等，按照投票的優先順序比較收到的選票和自己投出去的選票。
如果收到的優先順序大，更新自己的投票為對方發過來投票方案，把投票發出去。
如果收到的優先順序小，則忽略該投票。
如果收到的優先順序相等，則更新對應節點的投票。
3 每收集到一個投票後，檢視已經收到的投票結果記錄列表，看是否有節點能夠達到一半以上的投票數。如果有達到，則終止投票，宣佈選舉結束，更新自身狀態。然後進行發現和同步階段。 否則繼續收集投票。
basic paxos
1 每個looking節點先發出請求，詢問其他節點的投票。
其他節點返回自己的投票 < zk的id，zxid >。第一次都投自己。
2 收到結果後，如果收到的投票比自己投票的zxid大，更新自己的投票。
3 當收到所有節點返回後，統計投票，有一個節點的選舉達到一半以上，則選舉成功。 否則繼續開始下一輪詢問，直到選擇出leader結束。
basic paxos和fast paxos區別
這裡fast是主動推送出，只要結果有更新，就馬上同步給其他節點。其他節點可能還沒把自己的票通知給所有節點，就發現自己投的票優先順序低，要更新投票，然後更新再重新通知給所有節點。
basic則要每一節點都詢問完，才能知道新結果，然後再去問其他節點新的選舉結果。
fast比basic快的地方，是一個節點，不用和每個節點都交換投票資訊後，才能知道自己的票是否要更新。會減少互動次數。
廣播——主從同步
主從同步資料比較簡單， 當有寫操作時，如果是從機接收，會轉到主機。做一次轉發，保證寫都是在主機上進行。
主先提議事務，收到過半回覆後，再發提交。 主收到寫操作時，先本地生成事務為事務生成zxid，然後發給所有follower節點。 當follower收到事務時，先把提議事務的日誌寫到本地磁碟，成功後返回給leader。 leader收到過半反饋後對事務提交。再通知所有的follower提交事務，follower收到後也提交事務，提交後就可以對客戶端進行分發了。
總結
通過只有主控制寫然後同步從，保證了生成全域性zxid不衝突。全域性唯一的zxid能夠給選舉和同步資料區分出優先順序。 選舉主部分了解fast paxos原理即可。 核心思想是遞增的zxid順序，保證了能夠有優先順序最高的節點當主。主從同步通過提議和提交兩個階段，有超過一半的節點寫成功，則認為資料寫成功。
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