zookeeper选举Leader&ZAB协议详解
# 启动或leader宕机选举leader流程
# leader选举多层队列架构
整个zookeeper选举底层可以分为选举应用层和消息传输层，应用层有自己的队列统一接收和发送选票，传输层也设计了自己的队列，但是按发送的机器分了队列，避免给每台机器发送消息时相互影响，比如某台机器如果出问题发送不成功则不会影响对正常机器的消息发送。
# Leader选举源码流程图
整个Zookeeper就是一个多节点分布式一致性算法的实现，底层采用的实现协议是ZAB。
# ZAB协议介绍
ZAB协议全称：Zookeeper Atomic Broadcast（Zookeeper 原子广播协议）。
Zookeeper是一个为分布式应用提供高效且可靠的分布式协调服务。在解决分布式一致性方面，Zookeeper 并没有使用 Paxos [音译：帕克索斯]，而是采用了 ZAB协议，ZAB是Paxos算法的一种简化实现。
ZAB协议定义：ZAB协议是为分布式协调服务 Zookeeper专门设计的一种支持 崩溃恢复 和 原子广播 协议。
基于该协议，Zookeeper实现了一种 主备模式 的系统架构来保持集群中各个副本之间数据一致性。具体如下图所示：
上图显示了 Zookeeper如何处理集群中的数据。所有客户端写入数据都是写入到 主进程（称为 Leader）中，然后，由 Leader复制到备份进程（称为 Follower）中。从而保证数据一致性。那么复制过程又是如何的呢？复制过程类似 2PC，ZAB只需要 Follower有一半以上返回 Ack信息就可以执行提交，大大减小了同步阻塞。也提高了可用性。
简单介绍完，开始重点介绍 消息广播 和 崩溃恢复。整个 Zookeeper就是在这两个模式之间切换。简而言之，当 Leader服务可以正常使用，就进入消息广播模式，当 Leader不可用时，则进入崩溃恢复模式。
# 消息广播
ZAB协议的消息广播过程使用的是一个原子广播协议，类似一个 二阶段提交过程。对于客户端发送的写请求，全部由 Leader接收，Leader将请求封装成一个事务 Proposal，将其发送给所有 Follwer，然后，根据所有 Follwer的反馈，如果超过半数成功响应，则执行commit操作。
整个广播流程如下：
通过以上步骤，就能够保持集群之间数据的一致性。
还有一些细节：
Leader在收到客户端请求之后，会将这个请求封装成一个事务，并给这个事务分配一个全局递增的唯一 ID，称为事务ID（ZXID），ZAB协议需要保证事务的顺序，因此必须将每一个事务按照 ZXID进行先后排序然后处理，主要通过消息队列实现。
在 Leader和 Follwer之间还有一个消息队列，用来解耦，解除同步阻塞。
zookeeper集群中为保证任何所有进程能够有序的顺序执行，只能是 Leader服务器接受写请求，即使是 Follower服务器接受到客户端的写请求，也会转发到 Leader服务器进行处理，Follower只能处理读请求。
ZAB协议规定了如果一个事务在一台机器上被处理(commit)成功，那么应该在所有的机器上都被处理成功，哪怕机器出现故障崩溃。
# 崩溃恢复
刚刚我们说消息广播过程中，Leader崩溃怎么办？还能保证数据一致吗？如果 Leader先本地提交了，然后 commit请求没有发送出去，怎么办？
实际上，当 Leader崩溃，即进入我们开头所说的崩溃恢复模式（崩溃即：Leader失去与过半 Follwer的联系）。下面来详细讲述。
假设1：Leader在复制数据给所有 Follwer之后，还没来得及收到Follower的ack返回就崩溃，怎么办？
假设2：Leader在收到 ack并提交了自己，同时发送了部分 commit出去之后崩溃怎么办？
针对这些问题，ZAB†定义了 2个原则：
ZAB协议确保丢弃那些只在 Leader提出/复制，但没有提交的事务。
ZAB协议确保那些已经在 Leader提交的事务最终会被所有服务器提交。
所以，ZAB设计了下面这样一个选举算法：
能够确保提交已经被 Leader提交的事务，同时丢弃已经被跳过的事务。
针对这个要求，如果让 Leader选举算法能够保证新选举出来的 Leader服务器拥有集群中所有机器 ZXID最大的事务，那么就能够保证这个新选举出来的 Leader一定具有所有已经提交的提案。
而且这么做有一个好处是：可以省去 Leader服务器检查事务的提交和丢弃工作的这一步操作。
# 数据同步
当崩溃恢复之后，需要在正式工作之前（接收客户端请求），Leader服务器首先确认事务是否都已经被过半的 Follwer提交了，即是否完成了数据同步。目的是为了保持数据一致。
当 Follwer服务器成功同步之后，Leader会将这些服务器加入到可用服务器列表中。
实际上，Leader服务器处理或丢弃事务都是依赖着 ZXID的，那么这个 ZXID如何生成呢？
答：在 ZAB协议的事务编号 ZXID设计中，ZXID是一个 64位的数字，其中低 32位可以看作是一个简单的递增的计数器，针对客户端的
每一个事务请求，Leader都会产生一个新的事务 Proposal并对该计数器进行 +1操作。
而高 32位则代表了 Leader服务器上取出本地日志中最大事务 Proposal的 ZXID，并从该 ZXID中解析出对应的 epoch值(leader选举周期)，当一轮新的选举结束后，会对这个值加一，并且事务id又从0开始自增。
高 32位代表了每代 Leader的唯一性，低 32代表了每代 Leader中事务的唯一性。同时，也能让 Follwer通过高 32位识别不同的Leader。简化了数据恢复流程。
基于这样的策略：当 Follower连接上 Leader之后，Leader服务器会根据自己服务器上最后被提交的 ZXID和 Follower上的 ZXID进行比对，比对结果要么回滚，要么和 Leader同步。
# ZAB写数据源码流程图
