一、选举算法
Zookeeper中的选举算法采用的是Paxos算法的变种。Paxos算法的目标是实现一致性问题,而Zookeeper选举的目的是选取领导者,所以选举算法和Paxos略有不同。Zookeeper使用的是FastLeaderElection算法,该算法的实现源代码可以在官方网站上下载。
public void lookupLeader(){ synchronized(ml){ //查找并更新各个服务器的信息 updateServerList(); //--查找自己所在的投票组 findLeader(); } } //--查找自己所在的投票组,并进行投票 void findLeader(){ while (!stop.search) { //每个投票组内部进行投票决策的时间逐渐缩短 if (to.isObserver()) { //... }else if (zabState == QuorumPeer.ServerState.LOOKING) { //... sendNotifications(); //--对接收到的投票进行处理,更新投票状态 handleNotifications(); } } }
发起选举的服务器会向其他服务器发送投票通知,尝试成为领导者。每个服务器都会收到其他服务器的投票通知,并在进行投票决策。如果有一台服务器的票数在某个时刻超过了半数,那么这台服务器就会成为领导者。
二、参与选举的节点
Zookeeper集群中的每个节点都可以成为领导者,每个节点在启动时会自动发起选举并参与到投票中。如果节点宕机或者网络连接出现问题导致无法参与投票,其他节点会在一定时间内等待其恢复正常。如果等待时间过长,集群就会进入不可用状态,需要通过手动干预来恢复。
三、优化选举机制
Zookeeper的选举机制是高效可靠的,但如果集群规模较大,选举过程可能会出现延迟。为了提高选举速度和可靠性,可以采取以下措施:
增加投票通知的超时时间,使得每个节点能够更充分地处理收到的投票通知;
增加投票组的数量,减少每个投票组内部的节点数量,从而降低每个节点的负担。
使用一些自动化工具来监控集群的状态,及时发现节点宕机或者网络连接问题,并采取措施来避免其影响到选举过程。
四、应用场景
Zookeeper选举机制可以应用于分布式系统的各个方面,如分布式锁、负载均衡、消息队列等。例如,在分布式锁应用场景中,可以通过Zookeeper选举机制来实现锁的协调,防止锁的重复获取或者锁的释放问题。
public void lock() throws KeeperException, InterruptedException { //--尝试获取锁 if (tryLock()) { logger.info(Thread.currentThread().getName() + " gets the lock."); return; } //--等待锁 waitForLock(); //--递归调用获取锁 lock(); } //--等待锁 private void waitForLock() throws KeeperException, InterruptedException { //--注册父节点的监听事件 Stat stat = zk.exists(lockPath, true); if (stat != null) { synchronized(mutex) { mutex.wait(); } } } //--尝试获取锁 private boolean tryLock() throws KeeperException, InterruptedException { NodeData nodeData = new NodeData(nodeName, Thread.currentThread().getName()); byte[] data = serializer.serialize(nodeData); //--创建临时节点 currentPath = zk.create(lockPath + "/", data, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL); //--获取子节点列表 ListchildList = zk.getChildren(lockPath, false); //--排序子节点列表 Collections.sort(childList); //--判断当前节点是否为序号最小的节点 if (currentPath.equals(lockPath + "/" + childList.get(0))) { return true; } else { return false; } }
上述代码实现了一个基于Zookeeper的分布式锁,其中尝试获取锁时即依赖Zookeeper选举机制。通过创建临时节点来实现锁的协调,保障不同的节点在不同的时刻只有一个能够获取到锁。