Zookeeper的ZAB协议原理

绝地灬酷狼 2023-10-02 19:20 17阅读 0赞

## Zookeeper中有Paxos算法的影子，今天说一下其原因： ##

1、zk简介：

zookeeper是由雅虎创建，zookeeper并没有直接采用Paxos算法，而是采用了一种被称为ZAB（zookeeper Atomic Broadcast）的一致性协议。

zookeeper是一个典型的分布式数据一致性的解决方案，分布式应用程序可以基于它实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master选举、分布式锁和分布式队列等功能。

zookeeper基本概念

集群角色 Leader：

Leader服务器为客户端提供读写服务

Follower：Follower为客户端提供读服务

Observer：Observer为客户端提供读服务，不参与选举Leader，不参与事务投票，不影响写性能提高集群的读性能。

会话（Session） Session是指客户端会话，是客户端连接服务端的一个TCP长连接。服务端的Watch事件通知也是通过该TCP连接。

2、ZAB协议原理：

ZAB协议并不像Paxos算法那样，是一种通用的分布式一致性算法，它是一种特别为zookeeper设计的崩溃可恢复的原子消息广播算法。 zookeeper服务器数据状态的事务请求的处理方式： 所有事务请求必须由一个全局唯一的服务器来协调处理，这样的服务器被称为Leader，其他的服务器就是Follower。Leader服务器负责将一个客户端事务请求转换成 一个事务Proposal（提议），并将该Proposal分发给集群中所有的Follower服务器。之后Leader服务器需要等待所有Follower服务器的反馈，一旦超过半数的Follower服务器进行了正确的反馈后，那么Leader就会再次向所有的Follower服务器分发Commit消息，要求其将前一个Proposal进行提交。 ZAB基本模式： 1、崩溃恢复，Leader选举 2、消息广播，事务消息 tips：如果集群中其他机器接收到客户端的事务请求，那么这些非Leader服务器首先将这个事务请求转发给Leader服务器。

3、ZAB协议相关的消息广播：

ZAB协议的消息广播就是原子广播协议，类似于一个二阶段提交，对客户端的请求，Leader会生成一个Proposal，并发送给所有的机器，然后再分别收集各自的选票，最后进行事务提交。

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消息广播二阶段提交过程要点：

1）、所有Follower要么正常反馈事务Proposal要么抛弃

2）、Leader只要有过半数的Follower反馈了ack就进行事务提交，不要等待所有Follower都反馈ack

3）、整个消息广播过程是具有FIFO特性的，能够保证消息提议的发送和接收的顺序性

4）、Leader会为事务Proposal分配一个全局单调递增的唯一ID即ZXID

5）、消息广播时，Leader会为每一个Follower分配一个单独队列，讲需要广播的Proposal放入队列

6）、每一个Follower接收到Proposal后，会以事务日志的方式写入到本地磁盘，写入磁盘成功后反馈ack给Leader 7、Leader收到半数ack反馈后，广播一个Commit消息给所有Follower，此时Leader完成事务提交，Follower收到Commit消息后进行事务提交。

4、崩溃恢复应用场景：

崩溃恢复模式开启的条件： Leader出现崩溃或者网络原因导致Leader失去了与过半Follower的联系。 ZAB协议要确保两点：

1）、ZAB协议需要确保那些已经在Leader服务器上提交（commit）的事务最终被所有的服务器提交

2）、ZAB协议需要确保丢弃那些只在Leader上被提出的事务(只是被提出还没有被提交) Leader选举算法： 确保提交已经被Leader提交的事务，丢弃只被提出的事务，如果让Leader选择算法能够保证新选举出来的Leader拥有集群中所有机器最高编号（ZXID最大），那么一定能保证新Leader一定具有所有已经提交的提案。

5、怎么恢复？

数据同步 新Leader会为每一个Follower准备一个队列，并将那些没有被各Follower同步的事务以Proposal消息的形式逐个发送给Follower，并在每一个Proposal消息后面紧接着再发送一个Commit消息，标识该事务已经被提交。等所有Follower都从Leader同步过来后，Leader就会讲该Follower加入到真正可用的Follower列表并开始之后的流程。

ZAB如何处理被丢弃的事务Proposal？ ZXID设计，ZXID是一个64位数字，低32位是一个单调递增的计算器，每一个新增的事务请求低32位都会+1. 高32位代表Leader周期epoch编号，每当选举产生一个新的Leader，就会从这个Leader上取出本地日志中最大的事务Proposal的ZXID，并从ZXID解析出对应的epoch值，然后再对其进行加1操作。这个就是新Leader的epoch值。 并将低32位设置为0.

通过zxid的大小直接确定。zxid的编码方式为高32位为epoch（即纪元，可以理解为代），低32位为每个proposal顺序递增的数字。每次变换一个leader，则epoch加一，可以理解为改朝换代了，新朝代的zxid必然比旧朝代的zxid大，新代的leader可以要求将旧朝代的proposal清除。

到此、ZAB协议分享完毕，详细阅读、认真思考定会早日理解。

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