zookeeper 的 leader 选举存在两个阶段，一个是服务器启动时 leader 选举，另一个是运行过程中 leader 服务器宕机。在分析选举原理前，先介绍几个重要的参数。

  • 服务器 ID(myid)：编号越大在选举算法中权重越大
  • 事务 ID(zxid)：值越大说明数据越新，权重越大
  • 逻辑时钟(epoch-logicalclock)：同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的，每投完一次值会增加

选举状态：

  • LOOKING: 竞选状态
  • FOLLOWING: 随从状态，同步 leader 状态，参与投票
  • OBSERVING: 观察状态，同步 leader 状态，不参与投票
  • LEADING: 领导者状态

1、服务器启动时的 leader 选举

每个节点启动的时候都 LOOKING 观望状态，接下来就开始进行选举主流程。这里选取三台机器组成的集群为例。第一台服务器 server1启动时，无法进行 leader 选举，当第二台服务器 server2 启动时，两台机器可以相互通信，进入 leader 选举过程。

  • （1）每台 server 发出一个投票，由于是初始情况，server1 和 server2 都将自己作为 leader 服务器进行投票，每次投票包含所推举的服务器myid、zxid、epoch，使用（myid，zxid）表示，此时 server1 投票为（1,0），server2 投票为（2,0），然后将各自投票发送给集群中其他机器。

  • （2）接收来自各个服务器的投票。集群中的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查是否是本轮投票（epoch）、是否来自 LOOKING 状态的服务器。

  • （3）分别处理投票。针对每一次投票，服务器都需要将其他服务器的投票和自己的投票进行对比，对比规则如下：

    • a. 优先比较 epoch
    • b. 检查 zxid，zxid 比较大的服务器优先作为 leader
    • c. 如果 zxid 相同，那么就比较 myid，myid 较大的服务器作为 leader 服务器

  • （4）统计投票。每次投票后，服务器统计投票信息，判断是都有过半机器接收到相同的投票信息。server1、server2 都统计出集群中有两台机器接受了（2,0）的投票信息，此时已经选出了 server2 为 leader 节点。

  • （5）改变服务器状态。一旦确定了 leader，每个服务器响应更新自己的状态，如果是 follower，那么就变更为 FOLLOWING，如果是 Leader，变更为 LEADING。此时 server3继续启动，直接加入变更自己为 FOLLOWING。

2、运行过程中的 leader 选举

当集群中 leader 服务器出现宕机或者不可用情况时，整个集群无法对外提供服务，进入新一轮的 leader 选举。

  • （1）变更状态。leader 挂后，其他非 Oberver服务器将自身服务器状态变更为 LOOKING。
  • （2）每个 server 发出一个投票。在运行期间，每个服务器上 zxid 可能不同。
  • （3）处理投票。规则同启动过程。
  • （4）统计投票。与启动过程相同。
  • （5）改变服务器状态。与启动过程相同。