zookeeper之系列六：一致性保证和leader选举

agangliu0400

　　1）一致性保证
　　Zookeeper 是一种高性能、可扩展的服务。 Zookeeper 的读写速度非常快，并且读的速度要比写的速度更快。另外，在进行读操作的时候， ZooKeeper 依然能够为旧的数据提供服务。这些都是由于 ZooKeepe 所提供的一致性保证，它具有如下特点：
　　顺序一致性
　　客户端的更新顺序与它们被发送的顺序相一致。
　　原子性
　　更新操作要么成功要么失败，没有第三种结果。
　　单系统镜像
　　无论客户端连接到哪一个服务器，客户端将看到相同的 ZooKeeper 视图。
　　可靠性
　　一旦一个更新操作被应用，那么在客户端再次更新它之前，它的值将不会改变。。这个保证将会产生下面两种结果：
　　1 ．如果客户端成功地获得了正确的返回代码，那么说明更新已经成果。如果不能够获得返回代码（由于通信错误、超时等等），那么客户端将不知道更新操作是否生效。
　　2 ．当从故障恢复的时候，任何客户端能够看到的执行成功的更新操作将不会被回滚。
　　实时性
　　在特定的一段时间内，客户端看到的系统需要被保证是实时的（在十几秒的时间里）。在此时间段内，任何系统的改变将被客户端看到，或者被客户端侦测到。
　　给予这些一致性保证， ZooKeeper 更高级功能的设计与实现将会变得非常容易，例如： leader 选举、队列以及可撤销锁等机制的实现。
　　2）Leader选举
　　ZooKeeper 需要在所有的服务（可以理解为服务器）中选举出一个 Leader ，然后让这个 Leader 来负责管理集群。此时，集群中的其它服务器则成为此 Leader 的 Follower 。并且，当 Leader 故障的时候，需要 ZooKeeper 能够快速地在 Follower 中选举出下一个 Leader 。这就是 ZooKeeper 的 Leader 机制，下面我们将简单介绍在 ZooKeeper 中， Leader 选举（ Leader Election ）是如何实现的。
　　此操作实现的核心思想是：首先创建一个 EPHEMERAL 目录节点，例如“ /election ”。然后。每一个 ZooKeeper 服务器在此目录下创建一个 SEQUENCE| EPHEMERAL 类型的节点，例如“ /election/n_ ”。在 SEQUENCE 标志下， ZooKeeper 将自动地为每一个 ZooKeeper 服务器分配一个比前一个分配的序号要大的序号。此时创建节点的 ZooKeeper 服务器中拥有最小序号编号的服务器将成为 Leader 。
　　在实际的操作中，还需要保障：当 Leader 服务器发生故障的时候，系统能够快速地选出下一个 ZooKeeper 服务器作为 Leader 。一个简单的解决方案是，让所有的 follower 监视 leader 所对应的节点。当 Leader 发生故障时， Leader 所对应的临时节点将会自动地被删除，此操作将会触发所有监视 Leader 的服务器的 watch 。这样这些服务器将会收到 Leader 故障的消息，并进而进行下一次的 Leader 选举操作。但是，这种操作将会导致“从众效应”的发生，尤其当集群中服务器众多并且带宽延迟比较大的时候，此种情况更为明显。
　　在 Zookeeper 中，为了避免从众效应的发生，它是这样来实现的：每一个 follower 对 follower 集群中对应的比自己节点序号小一号的节点（也就是所有序号比自己小的节点中的序号最大的节点）设置一个 watch 。只有当 follower所设置的 watch 被触发的时候，它才进行 Leader 选举操作，一般情况下它将成为集群中的下一个 Leader 。很明显，此 Leader 选举操作的速度是很快的。因为，每一次 Leader 选举几乎只涉及单个 follower 的操作。