一、概述

ZooKeeper 是一个开源的分布式协调服务，由雅虎创建，是 Google Chubby 的开源实现。分布式应用程序可以基于 ZooKeeper 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。

1. ZooKeeper角色

在 ZooKeeper 中，有三种角色：Leader、Follower、Observer

一个 ZooKeeper 集群同一时刻只会有一个 Leader，其他都是 Follower 或 Observer。当Leader奔溃后会从Follower重新选举一个出来，可以参考Zab协议。

Leader是zookeeper集群的核心

①事务请求的唯一调度者和处理者，保证集群事务请求的顺序性

②集群内部各个服务器的调度者

Follower

①处理客户端非事务请求，以及转发事务请求给leader服务器

②参与事务请求提议的投票(客户端的一个事务请求，需要半数服务器投票通过后才能通知leader commit;要...)

③参与leader选举的投票

Observer

①观察zookeeper集群中最新状态的变化将这些状态同步到observer服务器上

②增加observer不影响集群中事务处理能力，同时还能提升集群的非事务处理能力

2.节点介绍

①PERSISTENT-持久化目录节点： 客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在

②PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化顺序编号目录节点： 客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号

③EPHEMERAL-临时目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除

④EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序编号目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号

二、ZooKeeper分布式锁的实现

Zookeeper实现分布式锁是通过节点和临时顺序节点来实现的：

①在构造函数里面启动的时候建立一个节点，假如命名为：lock。节点类型为持久节点（PERSISTENT）【ZooKeeper里面的znode节点会自动同步的，而且是强一致性，创建一个节点后只有ZooKeeper集群同步完成后算成功】

②每当进程需要访问共享资源时，会在lock节点下面建立响应的顺序子节点，节点类型为临时顺序节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）

③在建立子节点之后，判断刚刚建立的子节点顺序号是否为最小节点，如果是最小节点，则可以获得该锁对资源进行访问。（临时子节点建立会自动生成一个序号的）

④如果不是该节点，就获得该节点的上一顺序节点，并给该节点是否存在注册监听事件。同时在这里阻塞。等待监听事件的发生。获得控制权（实现watch接口，并且重写process方法，在process里面实现监听）

⑤当完成之后，关闭ZooKeeper连接，进而可以应发监听事件，释放该锁（客户端关闭ZooKeeper连接之后会删除当前的临时节点）

知识点一：Zookeeper为了保证高吞吐和低延迟，在内存中维护了这个树状的目录结构，这种特性使得Zookeeper不能用于存放大量的数据，每个节点的存放数据上限为1M。

知识点二：有序性是zookeeper中非常重要的一个特性，所有的更新都是全局有序的，每个更新都有一个唯一的时间戳，这个时间戳称为zxid（Zookeeper Transaction Id）。而读请求只会相对于更新有序，也就是读请求的返回结果中会带有这个zookeeper最新的zxid。

知识点三：事件监听：在读取数据时，我们可以同时对节点设置事件监听，当节点数据或结构变化时，zookeeper会通知客户端。当前zookeeper有如下四种事件：1）节点创建；2）节点删除；3）节点数据修改；4）子节点变更。

注意一：创建的临时节点能够保证在故障的情况下锁也能被释放，考虑这么个场景：假如客户端a当前创建的子节点为序号最小的节点，获得锁之后客户端所在机器宕机了，客户端没有主动删除子节点；如果创建的是永久的节点，那么这个锁永远不会释放，导致死锁；由于创建的是临时节点，客户端宕机后，过了一定时间zookeeper没有收到客户端的心跳包判断会话失效，将临时节点删除从而释放锁。

注意二：获取子节点列表与设置监听这两步操作的原子性问题，考虑这么个场景：客户端a对应子节点为/lock/lock-0000000000，客户端b对应子节点为/lock/lock-0000000001，客户端b获取子节点列表时发现自己不是序号最小的，但是在设置监听器前客户端a完成业务流程删除了子节点/lock/lock-0000000000，客户端b设置的监听器岂不是丢失了这个事件从而导致永远等待了？这个问题不存在的。因为zookeeper提供的API中设置监听器的操作与读操作是原子执行的，也就是说在读子节点列表时同时设置监听器，保证不会丢失事件。

注意三：这个算法有个极大的优化点：假如当前有1000个节点在等待锁，如果获得锁的客户端释放锁时，这1000个客户端都会被唤醒，这种情况称为“羊群效应”；在这种羊群效应中，zookeeper需要通知1000个客户端，这会阻塞其他的操作，最好的情况应该只唤醒新的最小节点对应的客户端。应该怎么做呢？在设置事件监听时，每个客户端应该对刚好在它之前的子节点设置事件监听，例如子节点列表为/lock/lock-0000000000、/lock/lock-0000000001、/lock/lock-0000000002，序号为1的客户端监听序号为0的子节点删除消息，序号为2的监听序号为1的子节点删除消息。

三、master选举

选主原理介绍：zookeeper的节点有两种类型，持久节点跟临时节点。临时节点有个特性，就是如果注册这个节点的机器失去连接(通常是宕机)，那么这个节点会被zookeeper删除。选主过程就是利用这个特性，在服务器启动的时候，去zookeeper特定的一个目录下注册一个临时节点(这个节点作为master，谁注册了这个节点谁就是master)，注册的时候，如果发现该节点已经存在，则说明已经有别的服务器注册了(也就是有别的服务器已经抢主成功)，那么当前服务器只能放弃抢主，作为从机存在。同时，抢主失败的当前服务器需要订阅该临时节点的删除事件，以便该节点删除时(也就是注册该节点的服务器宕机了或者网络断了之类的)进行再次抢主操作。从机具体需要去哪里注册服务器列表的临时节点，节点保存什么信息，根据具体的业务不同自行约定。选主的过程，其实就是简单的争抢在zookeeper注册临时节点的操作，谁注册了约定的临时节点，谁就是master。

四、zab协议原理：

1.在zookeeper的主备模式下，通过zab协议来保证集群中各个副本数据的一致性。

2.zookeeper使用单一的主进程来接收并处理所有的事务请求，并采用zab协议，把数据的状态变更以事务请求的形式广播到其他的节点。

3.zab协议在主备模型架构中，保证了同一时刻只能有一个主进程来广播服务器的状态变更。

4.所有的事务请求必须由全局唯一的服务器来协调处理。这个服务器叫leader，其他的叫follower。leader节点主要负责把客户端的事务请求转化成一个事务提议(proposal),并发给集群中的所有follower节点，再等待follower节点的反馈。一旦超过半数服务器进行了正确的反馈，那么leader就会commit这条消息。

问题一：什么情况下zab协议会进入崩溃恢复模式

a.当服务器启动时

b.当leader服务器出现网络中断、崩溃或者重启的情况

c.集群中已经不存在过半的服务器与该leader保持正常通信

问题二：zab协议进入崩溃恢复模式会做什么

a.当leader出现问题，zab协议进入崩溃恢复模式，并且选举新的leader。当新的leader选举出来以后，如果集群中已经有过半的机器完成了leader服务器的状态同步(数据同步)，退出崩溃恢复，进入消息广播模式。

b.当新机器加入到集群中的时候，如果已经存在leader服务器，那么新加入的服务器就会自觉的进入数据恢复模式，找到leader进行数据同步

五、leader选举：默认FastLeaderElection

重要参数：

serverid:在配置server集群的时候，给定服务器的标识id(myid)

zxid:服务器在运行时产生的数据ID,zxid越大，表示数据越新

Epoch:选举的轮数

server的状态：Looking Following Observering Leading

第一次初始化启动的时候：Looking

1.所有在集群中的server都会推荐自己为leader,然后把(myid,zxid,epoch)作为广播信息，广播给集群中的其他server,然后等待其他服务器响应。

2.每个服务器都会接受来自集群中其他服务器的投票。集群中的每个服务器在接受到投票后，开始判断投票的有效性

    a.判断sid,如果sid大于当前的sid,说明自己保存的sid是过期的，更新sid,同时clear其他服务器发过来的选举数据。判断是否更新当前自己的数据

    b.如果sid小于目前的sid，说明对方的sid过期了，也就意味着对方服务器的选举轮数是过期的。这个时候，只需将自己的信息发送给对方

    c.等于时，根据规则来判断是否有资格获得leader接受到来自其他服务器的投票后，针对每一个投票，都需要将别人的投票和自己的投票进行     PK zkid,大的优先。

3.统计投票