zookeeper一致性算法系列 --- 选举

zookeeper一致性算法系列 --- 选举

概念介绍

electionEpoch 选举周期, Notification中的字段
logicalclock 逻辑时钟, 每次进入选举流程都会自增加1, 如果收到的选举包的比我的大, logicalclock = notification.electionEpoch, 并更新选票, 重新发送选票

peerEpoch leader周期
lastProcessedZxid 选举之前已经处理的zk事物id

proposedLeader 推选的leader id
proposedEpoch 推选的leader 的peerEpoch
proposedZxid 推选的leader 的事物id

选举原则, 数据最新的节点优先, myid大的优先

选举

集群对外提供服务之前的第一步, 选主过程, 一般三种情况触发选举过程

  1. 集群初始化(包括集群中的节点重启, 重新加入集群)
  2. leader挂了, follower没有收到leader的心跳包
  3. leader未收到follower的心跳回复
public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
        try {
            self.jmxLeaderElectionBean = new LeaderElectionBean();
            MBeanRegistry.getInstance().register(
                    self.jmxLeaderElectionBean, self.jmxLocalPeerBean);
        } catch (Exception e) {
            LOG.warn("Failed to register with JMX", e);
            self.jmxLeaderElectionBean = null;
        }
        if (self.start_fle == 0) {
           self.start_fle = System.currentTimeMillis();
        }
        try {
            # 收到的选票, 包括leading, following, looking状态的选票
            HashMap<Long, Vote> recvset = new HashMap<Long, Vote>();
            # 包括following, leading状态的选票
            HashMap<Long, Vote> outofelection = new HashMap<Long, Vote>();

            int notTimeout = finalizeWait;

            synchronized(this){
                # 逻辑时钟自增
                logicalclock++;
                # 初始化选票信息为自己
                updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch());
            }

            LOG.info("New election. My id =  " + self.getId() +
                    ", proposed zxid=0x" + Long.toHexString(proposedZxid));
            # 给集群中的cadinate 发送选票
            sendNotifications();

            /*
             * Loop in which we exchange notifications until we find a leader
             */

            ### 判断自身状态是否在选举状态
            ### 注意!!!!!! 
            ### 当选举流程退出之后, 接收线程和发送线程并不退出, 继续处理工作状态
            ### 当一个节点重启之后就会用到, 此时 follwer/leader会直接将集群当前的leader信息发回
            while ((self.getPeerState() == ServerState.LOOKING) &&
                    (!stop)){
                /*
                 * Remove next notification from queue, times out after 2 times
                 * the termination time
                 */
                # 从队列中抓notificaiton
                Notification n = recvqueue.poll(notTimeout,
                        TimeUnit.MILLISECONDS);

                /*
                 * Sends more notifications if haven't received enough.
                 * Otherwise processes new notification.
                 */
                if(n == null){
                    if(manager.haveDelivered()){
                        sendNotifications();
                    } else {
                        manager.connectAll();
                    }

                    /*
                     * Exponential backoff
                     */
                    int tmpTimeOut = notTimeout*2;
                    notTimeout = (tmpTimeOut < maxNotificationInterval?
                            tmpTimeOut : maxNotificationInterval);
                    LOG.info("Notification time out: " + notTimeout);
                }
                # 排除不属于该集群的节点以及OBSERVER节点
                else if(self.getVotingView().containsKey(n.sid)) {
                    /*
                     * Only proceed if the vote comes from a replica in the
                     * voting view.
                     */
                    switch (n.state) {
                    # 发送消息的节点正在选主状态
                    case LOOKING:
                        // If notification > current, replace and send messages out
                        if (n.electionEpoch > logicalclock) {
                            # 对方的选举周期比当前节点大, 更新逻辑时钟为对方选举周期以及选票信息
                            logicalclock = n.electionEpoch;
                            recvset.clear();
                            if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                    getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch())) {
                                updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                            } else {
                                updateProposal(getInitId(),
                                        getInitLastLoggedZxid(),
                                        getPeerEpoch());
                            }
                            # 选票信息更新了, 重新发送选票信息
                            sendNotifications();
                        } else if (n.electionEpoch < logicalclock) {
                            # 对方的选举周期比我的小, 不理就好了
                            if(LOG.isDebugEnabled()){
                                LOG.debug("Notification election epoch is smaller than logicalclock. n.electionEpoch = 0x"
                                        + Long.toHexString(n.electionEpoch)
                                        + ", logicalclock=0x" + Long.toHexString(logicalclock));
                            }
                            break;
                        } else if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) {
                            # 选举周期相同, 选票pk, peerEpoch > zxid > myid
                            # 对方的选票信息代表的数据比我的选票数据更新, 更新我的选票, 重新发送选票
                            updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch);
                            sendNotifications();
                        }

                        if(LOG.isDebugEnabled()){
                            LOG.debug("Adding vote: from=" + n.sid +
                                    ", proposed leader=" + n.leader +
                                    ", proposed zxid=0x" + Long.toHexString(n.zxid) +
                                    ", proposed election epoch=0x" + Long.toHexString(n.electionEpoch));
                        }
                        
                        # 将收到的选票信息保存
                        recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch));
                        
                        # 判断收到的选票是否与我推举的leader一致, 是否可以结束选主流程
                        if (termPredicate(recvset,
                                new Vote(proposedLeader, proposedZxid,
                                        logicalclock, proposedEpoch))) {

                            // Verify if there is any change in the proposed leader
                            while((n = recvqueue.poll(finalizeWait,
                                    TimeUnit.MILLISECONDS)) != null){
                                if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch,
                                        proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)){
                                    recvqueue.put(n);
                                    break;
                                }
                            }

                            /*
                             * This predicate is true once we don't read any new
                             * relevant message from the reception queue
                             */
                            if (n == null) {
                                self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());

                                Vote endVote = new Vote(proposedLeader,
                                                        proposedZxid,
                                                        logicalclock,
                                                        proposedEpoch);
                                leaveInstance(endVote);
                                return endVote;
                            }
                        }
                        break;
                    case OBSERVING:
                        LOG.debug("Notification from observer: " + n.sid);
                        break;
                    case FOLLOWING:
                    case LEADING:
                        # 1. 节点重启, 因为集群中有leader, 因此不会触发整个集群选主, 新加入的节点会收到leader/follower发来的notification
                        # 2. 选主过程中, 已经有节点成为leader, 还为结束选举的节点也会来到这里
                        /*
                         * Consider all notifications from the same epoch
                         * together.
                         */
                        if(n.electionEpoch == logicalclock){
                            recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader,
                                                          n.zxid,
                                                          n.electionEpoch,
                                                          n.peerEpoch));
                           
                            if(ooePredicate(recvset, outofelection, n)) {
                                self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());

                                Vote endVote = new Vote(n.leader, 
                                        n.zxid, 
                                        n.electionEpoch, 
                                        n.peerEpoch);
                                leaveInstance(endVote);
                                return endVote;
                            }
                        }

                        /*
                         * Before joining an established ensemble, verify
                         * a majority is following the same leader.
                         */
                        outofelection.put(n.sid, new Vote(n.version,
                                                            n.leader,
                                                            n.zxid,
                                                            n.electionEpoch,
                                                            n.peerEpoch,
                                                            n.state));
           
                        if(ooePredicate(outofelection, outofelection, n)) {
                            synchronized(this){
                                logicalclock = n.electionEpoch;
                                self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ?
                                        ServerState.LEADING: learningState());
                            }
                            Vote endVote = new Vote(n.leader,
                                                    n.zxid,
                                                    n.electionEpoch,
                                                    n.peerEpoch);
                            leaveInstance(endVote);
                            return endVote;
                        }
                        break;
                    default:
                        LOG.warn("Notification state unrecognized: {} (n.state), {} (n.sid)",
                                n.state, n.sid);
                        break;
                    }
                } else {
                    LOG.warn("Ignoring notification from non-cluster member " + n.sid);
                }
            }
            return null;
        } finally {
            try {
                if(self.jmxLeaderElectionBean != null){
                    MBeanRegistry.getInstance().unregister(
                            self.jmxLeaderElectionBean);
                }
            } catch (Exception e) {
                LOG.warn("Failed to unregister with JMX", e);
            }
            self.jmxLeaderElectionBean = null;
        }
    }
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  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
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  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
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  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
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