來自：架構(gòu)之美
ZooKeeper作為分布式應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)調(diào)服務(wù)，在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，在某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景下甚至可以作為注冊(cè)中心、分布式鎖來使用。ZooKeeper之所以能有如此廣泛的應(yīng)用，與它良好的數(shù)據(jù)一致性保障機(jī)制是分不開的。我們都知道ZooKeeper專門設(shè)計(jì)了Zab（Zookeeper Atomic Broadcast）協(xié)議作為其數(shù)據(jù)一致性協(xié)議。
利用Zab協(xié)議的數(shù)據(jù)寫入由Leader結(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)，使用兩階段提交的方式，達(dá)到數(shù)據(jù)的最終一致性。為什么是最終一致性呢？我們先了解下兩階段的過程，如圖一所示：
圖一
第一階段：
每次的數(shù)據(jù)寫入事件作為提案廣播給所有Follower結(jié)點(diǎn)；可以寫入的結(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)信息ACK；
第二階段：
Leader收到一半以上的ACK信息后確認(rèn)寫入可以生效，向所有結(jié)點(diǎn)廣播COMMIT將提案生效。
根據(jù)寫入過程的兩階段的描述，我們知道ZooKeeper保證的是最終一致性，即Leader向客戶端返回寫入成功后，可能有部分Follower還沒有寫入最新的數(shù)據(jù)，所以是最終一致性。
我們都知道ZooKeeper保證的最終一致性也叫順序一致性，即每個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是嚴(yán)格按事務(wù)的發(fā)起順序生效的。
ZooKeeper是如何保證事務(wù)順序的呢？
這里需要了解下它的事務(wù)ID（ZXID），之前的文章介紹過ZooKeeper的在選舉時(shí)通過比較各結(jié)點(diǎn)的ZXID和機(jī)器ID選出新的注結(jié)點(diǎn)的。ZXID由Leader節(jié)點(diǎn)生成，有新寫入事件時(shí)，Leader生成新ZXID并隨提案一起廣播，每個(gè)結(jié)點(diǎn)本地都保存了當(dāng)前最近一次事務(wù)的ZXID，ZXID是遞增的，所以誰的ZXID越大，就表示誰的數(shù)據(jù)是最新的。
圖二
任期：
完成本次選舉后，直到下次選舉前，由同一Leader負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)寫入；
事務(wù)計(jì)數(shù)器：
單調(diào)遞增，每生效一次寫入，計(jì)數(shù)器加一。
可以看到，ZXID的低32位是計(jì)數(shù)器，所以同一任期內(nèi)，ZXID是連續(xù)的，每個(gè)結(jié)點(diǎn)又都保存著自身最新生效的ZXID，通過對(duì)比新提案的ZXID與自身最新ZXID是否相差“1”，來保證事務(wù)嚴(yán)格按照順序生效的。
我們都知道ZooKeeper集群的寫入是由Leader結(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的，真實(shí)場(chǎng)景下寫入會(huì)有一定的并發(fā)量，那Zab協(xié)議的兩階段提交是如何保證事務(wù)嚴(yán)格按順序生效的呢？在本章介紹兩階段提交的部分描述了Leader在收到半數(shù)以上ACK后會(huì)將提案生效并廣播給所有Follower結(jié)點(diǎn)。
Leader為了保證提案按ZXID順序生效，使用了一個(gè)ConcurrentHashMap，記錄所有未提交的提案，命名為outstandingProposals，key為ZXID，Value為提案的信息。對(duì)outstandingProposals的訪問邏輯如下：
1、每發(fā)起一個(gè)提案，會(huì)將提案的ZXID和內(nèi)容放到outstandingProposals中，作為待提交的提案；
2、收到Follower的ACK信息后，根據(jù)ACK中的ZXID從outstandingProposals中找到對(duì)應(yīng)的提案，對(duì)ACK計(jì)數(shù)；
3、執(zhí)行tryToCommit嘗試將提案提交，判斷流程如下：
3.1：判斷當(dāng)前ZXID之前是否還有未提交提案，如果有，當(dāng)前提案暫時(shí)不能提交；
3.2：判斷提案是否收到半數(shù)以上ACK，如果達(dá)到半數(shù)則可以提交；
3.3：如果可以提交，將當(dāng)前ZXID從outstandingProposals中清除并向Followers廣播提交當(dāng)前提案；
Leader是如何判斷當(dāng)前ZXID之前是否還有未提交提案的呢？由于前提是保證順序提交的，所以Leader只需判斷outstandingProposals里，當(dāng)前ZXID的前一個(gè)ZXID是否存在，代碼如下：
所以ZooKeeper是通過兩階段提交保證數(shù)據(jù)的最終一致性，并且通過嚴(yán)格的按照ZXID的順序生效提案保證其順序一致性的。
特別推薦一個(gè)分享架構(gòu)+算法的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，還沒關(guān)注的小伙伴，可以長按關(guān)注一下：
長按訂閱更多精彩▼
如有收獲，點(diǎn)個(gè)在看，誠摯感謝
免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本平臺(tái)立場(chǎng)，如有問題，請(qǐng)聯(lián)系我們，謝謝！
下載文檔
