原理概括

Zookeeper的核心是原子廣播，這個機制保證了各個Server之間的同步。實現這個機制的協議叫做Zab協議。Zab協議有兩種模式，它們分別是恢復模式（選主）和廣播模式（同步）。當服務啟動或者在領導者崩潰後，Zab就進入了恢復模式，當領導者被選舉出來，且大多數Server完成了和leader的狀態同步以後，恢復模式就結束了。狀態同步保證了leader和Server具有相同的系統狀態。
為了保證事務的順序一致性，zookeeper採用了遞增的事務id號（zxid）來標識事務。所有的提議（proposal）都在被提出的時候加上了zxid。實現中zxid是一個64位的數字，它高32位是epoch用來標識leader關係是否改變，每次一個leader被選出來，它都會有一個新的epoch，標識當前屬於那個leader的統治時期。低32位用於遞增計數。
每個Server在工作過程中有三種狀態：
LOOKING：當前Server不知道leader是誰，正在搜尋
LEADING：當前Server即為選舉出來的leader
FOLLOWING：leader已經選舉出來，當前Server與之同步

選主流程

當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢復模式，恢復模式需要重新選舉出一個新的leader，讓所有的Server都恢復到一個正確的狀態。Zk的選舉演算法有兩種：一種是基於basic paxos實現的，另外一種是基於fast paxos演算法實現的。系統預設的選舉演算法為fast paxos。先介紹basic paxos流程：
1.選舉執行緒由當前Server發起選舉的執行緒擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，並選出推薦的Server；
2.選舉執行緒首先向所有Server發起一次詢問(包括自己)；
3.選舉執行緒收到回覆後，驗證是否是自己發起的詢問(驗證zxid是否一致)，然後獲取對方的id(myid)，並儲存到當前詢問物件列表中，最後獲取對方提議的leader相關資訊(id,zxid)，並將這些資訊儲存到當次選舉的投票記錄表中；
4. 收到所有Server回覆以後，就計算出zxid最大的那個Server，並將這個Server相關資訊設定成下一次要投票的Server；
5. 執行緒將當前zxid最大的Server設定為當前Server要推薦的Leader，如果此時獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數， 設定當前推薦的leader為獲勝的Server，將根據獲勝的Server相關資訊設定自己的狀態，否則，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。
通過流程分析我們可以得出：要使Leader獲得多數Server的支援，則Server總數必須是奇數2n+1，且存活的Server的數目不得少於n+1.
每個Server啟動後都會重複以上流程。在恢復模式下，如果是剛從崩潰狀態恢復的或者剛啟動的server還會從磁碟快照中恢復資料和會話資訊，zk會記錄事務日誌並定期進行快照，方便在恢復時進行狀態恢復

同步流程

選完leader以後，zk就進入狀態同步過程。

1. leader等待server連線；
2. .Follower連線leader，將最大的zxid傳送給leader；

3 .Leader根據follower的zxid確定同步點；
4 .完成同步後通知follower 已經成為uptodate狀態；
5 .Follower收到uptodate訊息後，又可以重新接受client的請求進行服務了。

follower工作流程

Follower主要有四個功能：

1. 向Leader傳送請求（PING訊息、REQUEST訊息、ACK訊息、REVALIDATE訊息）；
2. .接收Leader訊息並進行處理；

3 .接收Client的請求，如果為寫請求，傳送給Leader進行投票；
4 .返回Client結果。
Follower的訊息迴圈處理如下幾種來自Leader的訊息：
1 .PING訊息： 心跳訊息；
2 .PROPOSAL訊息：Leader發起的提案，要求Follower投票；
3 .COMMIT訊息：伺服器端最新一次提案的資訊；
4 .UPTODATE訊息：表明同步完成；
5 .REVALIDATE訊息：根據Leader的REVALIDATE結果，關閉待revalidate的session還是允許其接受訊息；
6 .SYNC訊息：返回SYNC結果到客戶端，這個訊息最初由客戶端發起，用來強制得到最新的更新。