概述

分布式的集群很容易有“選舉”的需求，所謂的選舉可以先簡單的理解為選出集群多個節(jié)點的“老大”（leader）

例子1 —— 主從節(jié)點選舉

舉個不是很恰當?shù)睦樱╩ysql不是使用zk來做選舉的），我們使用mysql時候，為了做到高可用，可能會同時布兩個mysql，一主多備。這個時候，如果master節(jié)點掛了，多個slave節(jié)點哪一個會被選為主節(jié)點？這里就涉及到“選舉”，從多個slave節(jié)點里選出一個新的master。

例子2 —— 定時任務

又比如，我們經(jīng)常有定時任務的需求，為了保證高可用。可能跑定時任務的服務會部署多臺。

假設有這樣一個任務，它會掃表A，然后將這個表A的數(shù)據(jù)插入到另一個表B里。當只有一臺機器跑這個任務，沒有問題。但是如果同一時刻，有多臺機器在跑，數(shù)據(jù)就會重復插入到表B里。

所以理想的情況可能是，同一時刻只有一臺機器在跑定時任務。當這臺機器掛掉了，立刻在其他機器里面選舉出一臺機器跑定時任務。

使用zookeeper來做集群的選舉

總的來說，選舉這種需求還是不少的。zookeeper是一個成熟的分布式協(xié)調(diào)服務，通過使用zookeeper我們可以較為方便的實現(xiàn)集群的選舉。

leader選舉 —— 非公平模式

Zookeeper節(jié)點類型

要想了解如何使用zookeeper實現(xiàn)選舉，首先需要了解zookeeper節(jié)點的類型

當我們創(chuàng)建zookeeper節(jié)點時候，可以填一個CreateMode參數(shù)，通過這個參數(shù)可以指定創(chuàng)建的節(jié)點的類型。

1）PERSISTENT 該值會永久存在，哪怕創(chuàng)建該節(jié)點的機器掛了，節(jié)點數(shù)據(jù)依然會存在。注意，如果有兩臺機器創(chuàng)建了重復的key，比如/data，第二次創(chuàng)建會失敗。
2）PERSISTENT_SEQUENTIAL 比如我們創(chuàng)建一個/test節(jié)點，zk會在后面加一串數(shù)字比如 /test/test0000000001。如果重復創(chuàng)建，會創(chuàng)建一個/test/test0000000002節(jié)點（一直往后加1，可以多次創(chuàng)建）
3）EPHEMERAL 臨時節(jié)點，當創(chuàng)建該節(jié)點的機器失連了，創(chuàng)建的這個節(jié)點會被刪除
4）EPHEMERAL_SEQUENTIAL 和 PERSISTENT_SEQUENTIAL差不多的，只是節(jié)點是臨時的。

使用zookeeper實現(xiàn)非公平模式選舉

了解了zookeeper節(jié)點的類型，我們就可以通過zk來實現(xiàn)選舉。

什么是非公平模式選舉

所謂的非公平模式的選舉是相對的，假設有10臺機器進行選舉，最后會選到哪一個機器，是完全隨機的（看誰搶的快）。比如選到了A機器。某一時刻，A機器掛掉了，這時候會再次進行選舉，這一次的選舉依然是隨機的。與某個節(jié)點是不是先來的，是不是等了很久無關(guān)。這種選舉算法，就是非公平的算法。

非公平選舉算法

1）首先通過zk創(chuàng)建一個 /server 的PERSISTENT節(jié)點
2）多臺機器同時創(chuàng)建 /server/leader EPHEMERAL子節(jié)點
3）子節(jié)點只能創(chuàng)建一個，后創(chuàng)建的會失敗。創(chuàng)建成功的節(jié)點被選為leader節(jié)點
4）所有機器監(jiān)聽 /server/leader 的變化，一旦節(jié)點被刪除，就重新進行選舉，搶占式地創(chuàng)建 /server/leader節(jié)點，誰創(chuàng)建成功誰就是leader。

非公平選舉算法實現(xiàn)示例

public static void main(String[] args) throws Exception {
    zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2181", FairSelectDemo.SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
        @Override
        public void process(WatchedEvent event) {
            System.out.println(event.getType() + "---" + event.getPath() + "---" + event.getState());
        }
    });
    //zk啟動后試著進行選舉
    selection();

    TimeUnit.HOURS.sleep(1); //阻塞住
    zk.close();
}

private static void selection() throws Exception {
    try {
        //1、創(chuàng)建/server（這個通過zkCli創(chuàng)建好了），參數(shù)3表示公有節(jié)點，誰都可以改
        zk.create("/server/leader", "node1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
        //2、沒有拋異常，表示創(chuàng)建節(jié)點成功了
        System.out.println("選舉成功");
    } catch (KeeperException.NodeExistsException e) {
        System.out.println("選舉失敗");
    } finally {
        //3、監(jiān)聽節(jié)點刪除事件，如果刪除了，重新進行選舉
        zk.getData("/server/leader", new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println(event.getType() + "---" + event.getPath() + "---" + event.getState());
                try {
                    if (Objects.equals(event.getType(), Event.EventType.NodeDeleted)) {
                        selection();
                    }
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }, null);
    }
}

測試結(jié)果：

被選舉的客戶端被close掉后

公平選舉

非公平選舉的區(qū)別是，增加了先來的優(yōu)先被選為leader的保證。

公平選舉算法

1）首先通過zk創(chuàng)建一個 /server 的PERSISTENT節(jié)點
2）多臺機器同時創(chuàng)建 /server/leader EPHEMERAL_SEQUENTIAL子節(jié)點
3）/server/leader000000xxx 后面數(shù)字最小的那個節(jié)點被選為leader節(jié)點
4）所有機器監(jiān)聽 前一個 /server/leader 的變化，比如 (leader00001監(jiān)聽 leader00002) 一旦節(jié)點被刪除，就獲取/server下所有l(wèi)eader，如果自己的數(shù)字最小那么自己就被選為leader

公平選舉算法的實現(xiàn)

public static void main(String[] args) throws Exception {
    zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2181", UnFairSelectDemo.SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
        @Override
        public void process(WatchedEvent event) {
            System.out.println(event.getType() + "---" + event.getPath() + "---" + event.getState());
        }
    });

    String leaderPath = "/server/leader";

    //1、創(chuàng)建/server（這個通過zkCli創(chuàng)建好了），注意這里是EPHEMERAL_SEQUENTIAL的
    //2、和非公平模式不一樣，只需要創(chuàng)建一次節(jié)點就可以了
    nodeVal = zk.create(leaderPath, "node1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

    //System.out.println(nodeVal);

    //啟動后試著進行選舉
    selection();

    TimeUnit.HOURS.sleep(1); //阻塞住
    zk.close();
}

private static void selection() throws Exception {
    //2、遍歷/server下的子節(jié)點，看看自己的序號是不是最小的
    List<String> children = zk.getChildren("/server", null);
    Collections.sort(children);

    String formerNode = "";  //前一個節(jié)點，用于監(jiān)聽
    for (int i = 0; i < children.size(); i++) {
        String node = children.get(i);
        if (nodeVal.equals("/server/" + node)) {
            if (i == 0) {
                //第一個
                System.out.println("我被選為leader節(jié)點了");
            } else {
                formerNode = children.get(i - 1);
            }
        }
    }
    if (!"".equals(formerNode)) {
            //自己不是第一個，如果是第一個formerNode應該沒有值
        System.out.println("我競選失敗了");
        //3、監(jiān)聽前一個節(jié)點的刪除事件，如果刪除了，重新進行選舉
        zk.getData("/server/" + formerNode, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println(event.getType() + "---" + event.getPath() + "---" + event.getState());
                try {
                    if (Objects.equals(event.getType(), Event.EventType.NodeDeleted)) {
                        selection();
                    }
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }, null);
    }
    //System.out.println("children:" + children);
}

測試結(jié)果

關(guān)閉被選為的leader節(jié)點后

總結(jié)

通過zookeeper的api，我們可以很容易實現(xiàn)集群的選舉。當然此處介紹的zookeeper的選舉比較適合于機器平權(quán)的情況，比如三臺被選舉的機器是一模一樣的。如果有優(yōu)先級，有調(diào)度，需要增加其他算法。這種方式就不適合了。

但是其實上述的寫法不是很嚴謹，比如公平選舉算法，如果中間一個節(jié)點掛掉了，假設有01，02，03，04節(jié)點 比如02掛掉了，03一直監(jiān)聽著02，那么這個時候03應該改為監(jiān)聽01，否則，當01掛了，沒有任何節(jié)點能被選為leader。 除此之外，各種異常狀態(tài)都需要我們自己處理。

為了更加方便的使用選舉，我們可以使用Curator。Curator為我們封裝了操作zookeeper底層的各種細節(jié)，比使用原生的zookeeper更為方便。下一篇博客會介紹下Curator的使用。