Zookeeper-选举Leader流程

运维小路

发布于 2025-05-12 10:57:57

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作者介绍：简历上没有一个精通的运维工程师。下面的思维导图也是预计更新的内容和当前进度(不定时更新)。

前面我们介绍介绍了几个常用的代理服务器，本章节我们讲来讲解Zookeeper这个中间件。

在我们后面要讲解的各种分布式系统里面，需要遵循一个基本原则就是奇数节点。选举的时候，需要满足半数以上的节点：3节点需要2个节点，5节点需要3个节点。才可以正常选举或者提供服务。

我们前面部署了集群版的ZooKeeper，里面有2个角色，一个是Leader，另外一个是Floower，他们是如何来选举自己Leader呢?

这个首先要分区是有数据的选举还是无数据的选举，前面我们在配置集群的时候，给每个节点都添加了一个节点id（myid），尤其在初次选举的时候很重要。

ZooKeeper的选举流程是其集群实现高可用的核心机制，主要依赖ZAB协议（ZooKeeper Atomic Broadcast）。以下是选举流程的详细步骤：

1. 节点状态与角色

Looking：参与选举的状态，初始状态。可以简单理解Zookeeper初次启动或者意外重启都会进入这个状态。
Leading：Leader节点状态，负责处理写请求及数据同步。
Following：Follower节点状态，同步Leader数据并处理读请求。
Observer（可选）：仅同步数据，不参与选举，需要主动指定才会进入这个状态。后期我们的案例会来配置这个角色。

2. 选举触发条件

集群启动：所有节点初始为Looking状态，触发选举。
Leader失效：心跳检测超时后，Follower切换为Looking状态，发起新一轮选举。

3. 选举关键参数

myid（SID）：节点唯一标识，配置文件中指定。
zxid：最新事务ID，由epoch（周期号）和计数器组成（如 0x100000001）。
epoch：当前Leader周期编号，每次选举递增。

4. 选举规则（优先级排序）

比较zxid：zxid大的节点优先（数据新胜出）。
比较SID：zxid相同时，SID大的节点胜出。

5. 选举过程

无数据情况：集群配置完成以后，第一次启动，假设我们这里从myid最小的时候启动。

节点1启动

2025-04-19 10:26:53,060 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=1](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@1455] - LOOKING
2025-04-19 10:26:53,061 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=1](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.FastLeaderElection@946] -New election. My id = 1, proposed zxid=0x0
2025-04-19 10:26:53,071 [myid:] - INFO  [ListenerHandler-/192.168.31.140:3888:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager$Listener$ListenerHandler@1071] - 1 isaccepting connections now, my election bind port: /192.168.31.140:3888
2025-04-19 10:26:53,071 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=1]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:1, n.state:LOOKING, n.leader:1, n.round:0x1, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:26:53,078 [myid:] - WARN  [QuorumConnectionThread-[myid=1]-1:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager@401] - Cannot open channel to 2 at election address /192.168.31.141:3888

大概意思开始选举，我的myid是1，zxid是0x0（代表没数据），并且自己投自己为Leader。由于其他节点未启动所以还处于选举状态中，也就是我们前面提到的Looking状态。

节点2启动

2025-04-19 10:33:21,444 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=2](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@1455] - LOOKING
2025-04-19 10:33:21,444 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=2](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.FastLeaderElection@946] -New election. My id = 2, proposed zxid=0x0
2025-04-19 10:33:21,454 [myid:] - INFO  [ListenerHandler-/192.168.31.141:3888:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager$Listener$ListenerHandler@1071] - 2 isaccepting connections now, my election bind port: /192.168.31.141:3888
2025-04-19 10:33:21,455 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=2]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:2, n.state:LOOKING, n.leader:2, n.round:0x1, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0

这里的意思和上面基本雷同，然后后续日志显示他已经被当选leader，因为总共3个节点，集群已经满足半数要求，并且由于2号节点的myid是2大于1号节点，所以他选上Leader。

2025-04-19 10:33:21,675 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=2](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@903] - 
Peer state changed: leading
2025-04-19 10:33:21,675 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=2](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@1549] - LEADING

这个时候节点1也显示他收到了第二个节点的投票信息（没有细节内容），他的状态就会变成Following。

2025-04-19 10:33:21,454 [myid:] - INFO  [ListenerHandler-/192.168.31.140:3888:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager$Listener$ListenerHandler@1076] - Received connection request from /192.168.31.141:37540
2025-04-19 10:33:21,466 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=1]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:2, n.state:LOOKING, n.leader:2, n.round:0x1, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:33:21,469 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=1]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:2, n.state:LOOKING, n.leader:2, n.round:0x4, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:33:21,473 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=1]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:1, n.state:LOOKING, n.leader:2, n.round:0x4, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:33:21,474 [myid:] - WARN  [QuorumConnectionThread-[myid=1]-9:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager@401] - Cannot open channel to 3 at election address /192.168.31.142:3888
#部分省略
2025-04-19 10:33:21,673 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=1](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@903] - 
Peer state changed: following
2025-04-19 10:33:21,674 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=1](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@1537] - FOLLOWING

节点3启动

他也会触发选举状态，但是由于集群已经选举出来Leader，所以这他就自动变成Following。

2025-04-19 10:43:45,137 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=3](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@1455] - LOOKING
2025-04-19 10:43:45,137 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=3](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.FastLeaderElection@946] -New election. My id = 3, proposed zxid=0x0
2025-04-19 10:43:45,151 [myid:] - INFO  [ListenerHandler-/192.168.31.142:3888:o.a.z.s.q.QuorumCnxManager$Listener$ListenerHandler@1071] - 3 isaccepting connections now, my election bind port: /192.168.31.142:3888
2025-04-19 10:43:45,152 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=3]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:3, n.state:LOOKING, n.leader:3, n.round:0x1, n.peerEpoch:0x0, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:43:45,169 [myid:] - INFO  [WorkerReceiver[myid=3]:o.a.z.s.q.FastLeaderElection$Messenger$WorkerReceiver@391] - Notification: my state:LOOKING; n.sid:2, n.state:LEADING, n.leader:2, n.round:0x4, n.peerEpoch:0x1, n.zxid:0x0, message format version:0x2, n.config version:0x0
2025-04-19 10:43:45,169 [myid:] - INFO  [QuorumPeer[myid=3](plain=[0:0:0:0:0:0:0:0]:2181)(secure=disabled):o.a.z.s.q.QuorumPeer@903] - 
Peer state changed: following

有数据情况：有数据的情况实际上和上面类似，只是他的判断标准变成了zxid，zxid相同的情况下再对比sid。

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