ZAB协议

ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast） 协议是为分布式协 调服务 ZooKeeper 专门设计的一种支持崩溃恢复的原子 广播协议。在 ZooKeeper 中，主要依赖 ZAB 协议来实现 分布式数据一致性，基于该协议，ZooKeeper 实现了一种 主备模式的系统架构来保持集群中各个副本之间的数据一 致性

1. 崩溃恢复
2. 原子广播

当整个集群在启动时，或者当 leader 节点出现网络中断、 崩溃等情况时，ZAB 协议就会进入恢复模式并选举产生新 的Leader，当 leader服务器选举出来后，并且集群中有过 半的机器和该leader节点完成数据同步后（同步指的是数 据同步，用来保证集群中过半的机器能够和leader服务器 的数据状态保持一致），ZAB协议就会退出恢复模式。 当集群中已经有过半的 Follower 节点完成了和 Leader 状 态同步以后，那么整个集群就进入了消息广播模式。这个 时候，在Leader节点正常工作时，启动一台新的服务器加 入到集群，那这个服务器会直接进入数据恢复模式，和 leader 节点进行数据同步。同步完成后即可正常对外提供 非事务请求的处理

消息广播的实现原理

1. leader 接收到消息请求后，将消息赋予一个全局唯一的 64位自增id，叫：zxid，通过zxid的大小比较既可以实 现因果有序这个特征
2. leader为每个follower准备了一个FIFO队列（通过TCP 协议来实现，以实现了全局有序这一个特点）将带有zxid
   的消息作为一个提案（proposal）分发给所有的follower
3. 当follower接收到proposal，先把proposal写到磁盘， 写入成功以后再向leader回复一个ack
4. 当leader接收到合法数量（超过半数节点）的ACK后， leader就会向这些follower发送commit命令，同时会 在本地执行该消息
5. 当 follower 收到消息的 commit命令以后，会提交该消息
   投票过程
   leader 的投票过程，不需要 Observer 的 ack，也就是 Observer不需要参与投票过程，但是Observer必须要同 步 Leader 的数据从而在处理请求的时候保证数据的一致性

崩溃恢复(数据恢复)

ZAB 协议的这个基于原子广播协议的消息广播过程，在正 常情况下是没有任何问题的，但是一旦 Leader 节点崩溃， 或者由于网络问题导致 Leader 服务器失去了过半的Follower节点的联系（leader失去与过半follower节点联 系，可能是leader节点和follower节点之间产生了网络分 区，那么此时的leader不再是合法的leader了），那么就 会进入到崩溃恢复模式。在ZAB协议中，为了保证程序的 正确运行，整个恢复过程结束后需要选举出一个新的 Leader 为了使 leader 挂了后系统能正常工作，需要解决以下两 个问题

1. 已经被处理的消息不能丢失 当 leader 收到合法数量 follower 的 ACKs 后，就向 各个 follower 广播 COMMIT 命令，同时也会在本地 执行 COMMIT 并向连接的客户端返回「成功」。但是如 果在各个 follower 在收到 COMMIT 命令前 leader 就挂了，导致剩下的服务器并没有执行都这条消息

   
   处理流程
   

   leader 对事务消息发起 commit 操作，但是该消息在 follower1 上执行了，但是 follower2 还没有收到 commit， 就已经挂了，而实际上客户端已经收到该事务消息处理成
   功的回执了。所以在zab协议下需要保证所有机器都要执 行这个事务消息

2. 被丢弃的消息不能再次出现 当 leader 接收到消息请求生成 proposal 后就挂了，其他 follower 并没有收到此 proposal，因此经过恢复模式重新选了 leader 后，这条消息是被跳过的。 此时，之前挂了的 leader 重新启动并注册成了 follower，他保留了被跳过消息的 proposal 状态，与整个系统的状态是不一致的，需要将其删除。
   ZAB 协议需要满足上面两种情况，就必须要设计一个 leader 选举算法：能够确保已经被 leader 提交的事务 Proposal能够提交、同时丢弃已经被跳过的事务Proposal。 针对这个要求 1. 如果 leader 选举算法能够保证新选举出来的 Leader 服 务器拥有集群中所有机器最高编号（ZXID最大）的事务 Proposal，那么就可以保证这个新选举出来的Leader一 定具有已经提交的提案。因为所有提案被 COMMIT 之 前必须有超过半数的 follower ACK，即必须有超过半数 节点的服务器的事务日志上有该提案的 proposal，因此，只要有合法数量的节点正常工作，就必然有一个节点保 存了所有被 COMMIT 消息的 proposal 状态 另外一个，zxid是64位，高32位是epoch编号，每经过 一次 Leader 选举产生一个新的 leader，新的 leader 会将 epoch 号+1，低 32 位是消息计数器，每接收到一条消息 这个值+1，新 leader选举后这个值重置为0.这样设计的好 处在于老的leader挂了以后重启，它不会被选举为leader， 因此此时它的 zxid 肯定小于当前新的 leader。当老的 leader 作为 follower 接入新的 leader 后，新的 leader 会 让它将所有的拥有旧的 epoch 号的未被 COMMIT 的 proposal 清除