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Zookeeper之两阶段提交源码分析

Zookeeper之两阶段提交源码分析

作者: love111 | 来源:发表于2020-06-25 17:03 被阅读0次

zookeeper集群为了保证数据一致性,使用了两阶段提交。
在zookeeper集群的角色有:leader、follower、observer。
在这几个角色中处理读写请求是不同的:
读请求:从当前节点直接读取数据
写请求:在leader直接进行两阶段提交、在非leader则是把请求转交给leader处理
所以,分析两阶段提交就是分析集群模式下的请求处理。在单机模式在请求处理是经过RequestProcessor请求处理链处理。
单个zookeeprt请求处理主要有以下几步:
1、对当前请求生成日志txn
2、持久化日志txn
3、根据日志txn更新Database
两阶段提交(2PC)步骤:


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lead节点请求处理链构建

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其中标绿色的PrepRequestProcessor、SyncRequestProcessor、CommitProcessor都继承了ZooKeeperCriticalThread是一个线程。
org.apache.zookeeper.server.quorum.LeaderZooKeeperServer#setupRequestProcessors


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org.apache.zookeeper.server.quorum.ProposalRequestProcessor#ProposalRequestProcessor


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ProposalRequestProcessor中包含SyncRequestProcessor和AckRequestProcessor
LeaderRequestProcessor----->PrepRequestProcessor---->ProposalRequestProcessor(SyncRequestProcessor--->AckRequestProcessor)----->CommitProcessor--->Leader.ToBeAppliedRequestProcessor---->FinalRequestProcessor

1、LeaderRequestProcessor

org.apache.zookeeper.server.quorum.LeaderRequestProcessor#processRequest


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①、检查是不是local session本地session,创建临时节点会升级session
org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumZooKeeperServer#checkUpgradeSession


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②、交给下一个请求处理器处理


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2、PrepRequestProcessor

作用与单机模式相同,给请求Request的Hdr和Txn赋值,然后交给下一个请求处理器处理

3、ProposalRequestProcessor(2PC提交协议)

如果是写请求(request.getHdr() != null),则会把当前请求封装为协议并发送给follower。发送之后交给SyncRequestProcessor持久化处理


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#propose


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#sendPacket
发送到所有其他Followe节点forwardingFollowers


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org.apache.zookeeper.server.quorum.LearnerHandler#queuePacket
添加到LearnerHandler的queuedPackets队列中
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org.apache.zookeeper.server.quorum.LearnerHandler#sendPackets
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3.1、SyncRequestProcessor(2PC持久化)

把请求放入到queuedRequests阻塞队列


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①、对请求进行持久化与单机相同
org.apache.zookeeper.server.SyncRequestProcessor#run


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②、交给下一个AckRequestProcessor处理
3.2、AckRequestProcessor(两阶段提交leader端处理)

向lead发送自己的ack(2PC发送ACK)


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#processAck


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#tryToCommit


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#commit
创建一个Leader.COMMIT数据包并发送所有Follower节点
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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#inform
创建一个INFORM通知包发送给所有观察者Observer节点
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org.apache.zookeeper.server.quorum.CommitProcessor#commit
提交当前请求,放入到committedRequests,最终会更新database


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4、CommitProcessor

CommitProcessor类参数:
queuedRequests:表示接收到的请求,没有进行两阶段的提交
queuedWriteRequests:表示接收到的写请求,没有进行两阶段的提交
committedRequests:表示可以提交的请求,在两阶段验证过半之后进行会在本地进行committe操作,便添加到这个队列
commitIsWaiting:表示存在可以提交的请求(committedRequests是否有值,有true)
pendingRequests:是一个map集合,表示每个客户端sessionId的请求
Leader类参数:
outstandingProposals:表示记录提议的请求的队列,符合过半机制之后会移除
toBeApplied:表示记录待生效的请求,在FinalRequestProcessor移除
①、processRequest
org.apache.zookeeper.server.quorum.CommitProcessor#processRequest


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首先判断是否需要两阶段提交。如果需要则会添加到queuedWriteRequests队列
org.apache.zookeeper.server.quorum.CommitProcessor#needCommit
如果是更改操作则返回true


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②、CommitProcessor#run
CommitProcessor是一个线程最主要的是运行run方法
org.apache.zookeeper.server.quorum.CommitProcessor#run
a、commitIsWaiting和requestsToProcess获取
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首先获取commitIsWaiting是否有待提交的(committedRequests有值返回true),requestsToProcess待处理的请求大小
b、wait()等待
如果queuedRequests和committedRequests没有数据则会wait();等待
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c、pendingRequests
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这里表示:如果需要提交,则会直接放入到pendingRequests集合中。如果是个读操作,则会查看当前请求的sessionId是否存在pendingRequests集合,如果存在继续添加到pendingRequests集合。如果都不符合,说明是一个客户端的读请求,直接交给下一个sendToNextProcessor(request);处理
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d、然后,再看一下这个while的退出条件。
①、从queuedRequests取出的是空
②、如果queuedRequests数据不为空,那么requestsToProcess是大于0的。这时只有maxReadBatchSize < 0或readsProcessed <= maxReadBatchSize才能退出。
maxReadBatchSize < 0表示默认是-1,如果配置了这个参数当连续读了readsProcessed时,也会退出。
③、pendingRequests和committedRequests不为空
e、commitIsWaiting有待提交的


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从committedRequests取出请求,while循环处理写请求
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从pendingRequests集合获取此客户端sessionId的等待集合sessionQueue(可能会有读写)
一个pendingRequests可能会存这样的数据,一个客户端发送这样一系列命令: sessionQueue ={读、读、写、写}
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把第一个请求重新赋值给topPending
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把当前请求放入到queuesToDrain,把此时请求从committedRequests移除,把提交的数量commitsProcessed加1,把commitsToProcess=maxCommitBatchSize提交处理写的减1,这里为了退出while循环while (commitIsWaiting && !stopped && commitsToProcess > 0) 。最后调用processWrite方法处理这个写请求交给下个处理器处理
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f、queuesToDrain
这里是与commitsToProcess结合,commitIsWaiting表示还有待提交的,在处理commitsToProcess个写请求之后退出了,在queuesToDrain中再优先处理一部分读
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5、ToBeAppliedRequestProcessor

org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader.ToBeAppliedRequestProcessor#processRequest
删除toBeApplied


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follower节点请求处理链构建

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其中标绿色的FollowerRequestProcessor、CommitProcessor、SyncRequestProcessor都继承了ZooKeeperCriticalThread是一个线程。
org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerZooKeeperServer#setupRequestProcessors


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开了两条链:
FollowerRequestProcessor(firstProcessor)---->CommitProcessor----->FinalRequestProcessor
SyncRequestProcessor---->SendAckRequestProcessor

1、FollowerRequestProcessor

org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerRequestProcessor#processRequest
请求添加到queuedRequests队列


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FollowerRequestProcessor是一个线程,会从queuedRequests获取请求
org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerRequestProcessor#run


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Learner#request
创建请求转发给lead节点处理
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createSession和closeSession也会转发给lead节点处理


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2、SendAckRequestProcessor

org.apache.zookeeper.server.quorum.SendAckRequestProcessor#processRequest
在用SendAckRequestProcessor处理之前会先调用SyncRequestProcessor进行持久化处理,由于与单机或lead处理相同就不单独列出来了。
向领导者发送确认ack包


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Learner#writePacket


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Learner#writePacketNow
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LearnerHandler转发请求

在经过FollowerRequestProcessor处理后,lead端会得到一个Request的请求
org.apache.zookeeper.server.quorum.LearnerHandler#run


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org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#submitLearnerRequest


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org.apache.zookeeper.server.quorum.LeaderZooKeeperServer#submitLearnerRequest
转发到leader的prepRequestProcessor
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在连接Follower节点的客户端发送更改命令请求会转发到leader节点的prepRequestProcessor进行处理

两阶段提交Follower端处理

1、run
org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeer#run


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2、followLeader
org.apache.zookeeper.server.quorum.Follower#followLeader
不断读取从lead端的数据包


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①、Follower接收到PROPOSAL协议命令请求
org.apache.zookeeper.server.quorum.Follower#processPacket
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org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerZooKeeperServer#logRequest


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调用到SyncRequestProcessor处理器处理、SyncRequestProcessor处理完之后便交给SendAckRequestProcessor处理器处理发送ACK数据包
②、Follower接收到commit命令请求
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org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerZooKeeperServer#commit
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调用到commitProcessor处理器处理把请求添加到committedRequests队列,处理完之后会交给FinalRequestProcessor处理器处理,这样在连接Follower客户端的更改操作也会有数据返回

observer节点请求处理链构建

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其中标绿色的ObserverRequestProcessor、CommitProcessor、SyncRequestProcessor都继承了ZooKeeperCriticalThread是一个线程。
org.apache.zookeeper.server.quorum.ObserverZooKeeperServer#setupRequestProcessors


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也是开了两条链:
ObserverRequestProcessor(firstProcessor)---->CommitProcessor----->FinalRequestProcessor
SyncRequestProcessor---->null
observer节点不参与两阶段提交,所以同步SyncRequestProcessor之后没有ACK确认提交。这样既提高了读效率,又对写效率没有影响。请求处理链与leader、follower的功能相同不再累述。

总结:

zookeeper集群的两阶段提交,是在写操作的情况下发生的。2PC的整体实现逻辑是在RequestProcessor请求处理链处理的。只有在接受到的ACK超过一半才会进行提交,提交的实现逻辑是在CommitProcessor中实现的,CommitProcessor处理器中里面涉及多种集合、队列等参数(需要首先了解这些参数意义,然后再读CommitProcessor源码)。

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