Zookeeper 是一個分散式服務框架，主要是用來解決分散式應用中遇到的一些資料管理問題如：統一命名服務、狀態同步服務、叢集管理、分散式應用配置項的管理等。
我們可以簡單把 Zookeeper 理解為分散式家庭的大管家，那麼管家團隊是如何選出Leader的呢？好奇嗎，接下來帶領大家一探究竟。
人類選舉的基本原理
講解 Zookeeper 選舉過程前先來介紹一下人類的選舉。
我們每個人或多或少都經歷過幾次選舉，在投票的過程中可能會遇到這樣幾種情況：
情況1：自己和候選人熟，將票投給你認為能力強的那個人；
情況2：自己也是候選人，會想著拉票，但是發現別人能力比你強，就將自己的票投給別的候選人。
所有人投票完後，統計投票箱中票數最多的候選人，當選領導。
在整個投票過程中我們可以提煉出四個最核心的概念：
候選人能力: 投票的基本原則是選最強的人。
遇強改投: 如果後面發現更強的人可以改投票。
投票箱: 所有人的票都會放在投票箱。
領導者: 得票最多的人即為領導者。
從人類選舉的原理我們來簡單推導一下Zookeeper的選舉原理。
Zookeeper選舉的基本原理
如果zookeeper是單機部署，不是叢集模式，那麼不存在選舉的問題。
zookeeper 的選舉和人類選舉基本一樣，借用上面說的4個核心概念，來說說選舉的基本原理。
- 候選人能力
zookeeper 通過 sid 和zxid (事物ID) 來證明自己的能力強弱。
zxid 的全稱是 ZooKeeper Transaction Id，即 Zookeeper 事務id。 資料的最新版本號 ， 資料越大說明能力越強。
sid , 我們自定義的伺服器編號ID，值越大證明能力越大。
- 遇強改投
在選舉的時候，每臺zookeeper 節點都會認為自己是最強的，會先投票給自己（選票上包含sid、zxid）。
然後將選票傳遞給叢集中的每個節點，同時自己也會接收其他節點發過的選票。節點接收到選票後，會判斷選票上節點的能力強弱，如果發現比自己強，那麼就進行改票，把自己的選票投給能力強的。然後在傳遞給叢集中的每個節點。
- 投票箱
與人類選舉不同，zookeeper 叢集中，每個節點都會維護一份投票箱。 因為每個節點的選票都會同步給每個叢集中的節點，所以投票箱的結果都是一致的。
- 領導者
投票的過程中，只要發現票數有超過一半的節點，領導就選擇成功，投票也就宣告結束。
什麼場景下 Zookeeper 需要選舉？
當zookeeper 叢集中有一臺機器發生以下場景，就會進行選舉。
- 機器啟動
- 機器執行期間leader當機
機器啟動選舉
假設5臺zookeeper依次啟動，sid的編號依次為1-5。
伺服器1
先投自己1票，投票箱票數不過半，選舉無法完成。此時伺服器-1的狀態為looking
伺服器2
先投自己1票，將自己的選票結果同步給伺服器1。 伺服器1 發現伺服器2的sid編號比自己大，於是進行改票，把自己的選票投給了伺服器2，並同步給伺服器2。
此時雙方的投票箱結果為：
伺服器1，獲0票；
伺服器2，獲2票；並沒有超過票數過半的機器。選舉依然無法完成，此時伺服器2的狀態仍為looking
- 伺服器3
先投自己1票，將自己的選票結果同步給伺服器1、伺服器2。 伺服器1和伺服器2 ，發現伺服器3的sid編號比自己還大，所以趕緊進行改票，都投給了伺服器3。
此時投票箱的結果為：
伺服器1，獲0票；
伺服器2，獲2票；
伺服器3，獲3票；發現有票數過半的機器，於是伺服器3，當仁不讓成了leader。此時更改伺服器1、2的狀態為 following，伺服器3為leading
- 伺服器4
先投自己1票，同步自己選票時，發現伺服器1、2、3 已經不是looking狀態了，於是取得投票箱結果，將自己的選票改投給伺服器3，自己的狀態更改為following
- 服務5
同伺服器4 一致。
最終的結果是：伺服器3是leader，其他全是follow。
機器執行期間leader當機選舉
zookeeper執行期間，當leader 當機，整體會對外暫停服務提供，觸發新的一輪選舉。觸發新選舉的時候，每臺txid可能都不一樣的。還是以剛才上面的案例進行分析，假設伺服器3 leader 當機，txid為分別為， 伺服器1（99），伺服器2（102），伺服器4（100），伺服器5（101）。
投票的過程和初始化的基本類似，主要為以下幾個步驟：
1）狀態變更，除Obsever狀態的其他伺服器全部變更為looking，然後進行leader的選舉過程
2）每個伺服器先投自己一票，然後同步選票
3）每個伺服器都會收到各個伺服器的投票，如果發現有txid比自己大的，會進行改票
4）處理和統計投票，每一輪投票結束後都會統計投票，超過半數即可當選。
5）改變伺服器的狀態，宣佈當選
直接看圖：
很顯然，最後伺服器2 被當選為新的leader。
選舉機制中涉及到的核心概念
- sid（伺服器ID、serverId）
伺服器編號，編號越大，在選舉leader時權重越大。
- zxid (事物ID)
資料的版本號，數值越大資料越新，在選舉leader演算法中，越大權重越大咯
- Epoch（邏輯時鐘）
也叫投票的次數，同一輪投票過程中的邏輯時鐘值是相同的，每投完一次票這個資料就會增加。
Server狀態（選舉狀態）
looking： 競選狀態。
following： 隨從狀態，同步leader狀態，參與投票。
observing: 觀察狀態,同步leader狀態，不參與投票。
leading: 領導者狀態。
總結
（1）Zookeeper 選舉會發生在伺服器初始狀態和執行狀態下。
（2）初始狀態下會根據伺服器sid的編號對比，編號越大權值越大，投票過半數即可選出Leader。
（3）Leader 故障會觸發新一輪選舉，zxid 代表資料越新，權值也就越大。
（4）在執行期選舉還可能會遇到腦裂的情況，大家可以自行學習。
來源：4m.cn/zmR0u
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