真正开始选举#
下面就去看一下quorumPeer.java的这个线程类的启动,部分run()方法的截取,我们关心它的lookForLeader()方法
while (running) { switch (getPeerState()) { /** * todo 四种可能的状态, 经过了leader选举之后, 不同的服务器就有不同的角色 * todo 也就是说,不同的服务器会会走动下面不同的分支中 * LOOKING 正在进行领导者选举 * Observing * Following * Leading */ case LOOKING: // todo 当为Looking状态时,会进入领导者选举的阶段 LOG.info("LOOKING"); if (Boolean.getBoolean("readonlymode.enabled")) { LOG.info("Attempting to start ReadOnlyZooKeeperServer"); // Create read-only server but don't start it immediately // todo 创建了一个 只读的server但是不着急立即启动它 final ReadOnlyZooKeeperServer roZk = new ReadOnlyZooKeeperServer( logFactory, this, new ZooKeeperServer.BasicDataTreeBuilder(), this.zkDb); // Instead of starting roZk immediately, wait some grace（优雅） period(期间) before we decide we're partitioned. // todo 为了立即启动roZK ，在我们决定分区之前先等一会 // Thread is used here because otherwise it would require changes in each of election strategy classes which is // unnecessary code coupling. //todo 这里新开启一条线程,避免每一个选举策略类上有不同的改变 而造成的代码的耦合 Thread roZkMgr = new Thread() { public void run() { try { // lower-bound grace period to 2 secs sleep(Math.max(2000, tickTime)); if (ServerState.LOOKING.equals(getPeerState())) { // todo 启动上面那个只读的Server roZk.startup(); } } catch (InterruptedException e) { LOG.info("Interrupted while attempting to start ReadOnlyZooKeeperServer, not started"); } catch (Exception e) { LOG.error("FAILED to start ReadOnlyZooKeeperServer", e); } } }; try { roZkMgr.start(); setBCVote(null); // todo 上面的代码都不关系,直接看它的 lookForLeader()方法 // todo 直接点进去,进入的是接口,我们看它的实现类 setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader()); } catch (Exception e) { LOG.warn("Unexpected exception",e); setPeerState(ServerState.LOOKING); } finally { // If the thread is in the the grace period, interrupt // to come out of waiting. roZkMgr.interrupt(); roZk.shutdown(); }
下面是lookForLeader()的源码解读
说实话这个方法还真的是挺长的,但是吧这个方法真的很重要,因为我们可以从这个方法中找到网络上大家针对Leader的选举总结的点点滴滴
第一点: 每次的投票都会先投自己一票,说白了new Vote(myid, getLastLoggedZxid(), getCurrentEpoch());将自己的myid,最大的zxid,以及第几届封装起来,但是还有一个细节,就是在投自己的同时,还是会将存有自己信息的这一票通过socket发送给其他的节点
接受别人的投票是通过QuorumManager的recvWorker线程类将投票添加进recvQueue队列中,投票给自己时,就不走这条路线了,而是选择直接将票添加进recvQueue队列中
在下面代码中存在一行HashMap<Long, Vote> recvset = new HashMap<Long, Vote>(); 这个map可以理解成一个小信箱,每一个节点都会维护一个信箱,这里面可能存放着自己投给自己的票,或者别人投给自己的票,或者别人投给别人的票,或者自己投给别人的票,通过统计这个信箱中的票数可以决定某一个节点是否可以成为leader,源码如下, 使用信箱中的信息,
// todo 根据别人的投票,以及自己的投票判断,本轮得到投票的集群能不能成为leader if (termPredicate(recvset, new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock.get(), proposedEpoch))) { // todo 到这里说明接收到投票的机器已经是准leader了 // Verify if there is any change in the proposed leader // todo 校验一下, leader有没有变动 while ((n = recvqueue.poll(finalizeWait, TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) { if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) { recvqueue.put(n); break; } } if (n == null) { // todo 判断自己是不是leader, 如果是,更改自己的状态未leading , 否则根据配置文件确定状态是 Observer 还是Follower // todo leader选举出来后, QuorumPeer中的run方法中的while再循环,不同角色的服务器就会进入到 不同的分支 self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ? ServerState.LEADING : learningState()); Vote endVote = new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock.get(), proposedEpoch); leaveInstance(endVote); return endVote; } }
在termPredicate()函数中有如下的逻辑,self.getQuorumVerifier().containsQuorum(set);它的实现如下,实际上就是在进行过半机制的检验,结论就是当某个节点拥有了集群中一半以上的节点的投票时,它就会把自己的状态修改成leading, 其他的节点根据自己的需求将状态该变成following或者observing
public boolean containsQuorum(Set<Long> set){ return (set.size() > half); }
维护着一个时钟,标记这是第几次投票了logicalclock他是AutomicLong类型的变量,他有什么用呢? 通过下面的代码可以看到如下的逻辑,就是当自己的时钟比当前接收到投票的时钟小时,说明自己可能因为其他原因错过了某次投票,所以更新自己的时钟,重新判断投自己还是投别人, 同理,如果接收到的投票的时钟小于自己当前的时钟,说明这个票是没有意义的,直接丢弃不理会
if (n.electionEpoch > logicalclock.get()) { // todo 将自己的时钟调整为更新的时间 logicalclock.set(n.electionEpoch); // todo 清空自己的投票箱 recvset.clear();
那么根据什么判断是投给自己还是投给别人呢? 通过解析出票的封装类中封装的节点的信息,什么信息呢?zxid,myid,epoch 通常情况是epoch大的优先成为leader,一般来说epoch都会相同,所以zxid大的优先成为leader,如果zxid再相同,则myid大的优先成为leader
检查到别的节点比自己更适合当leader,会重新投票,选举更适合的节点
完整的源码
// todo 当前进入的是FastLeaderElection.java的实现类 public Vote lookForLeader() throws InterruptedException { try { // todo 创建用来选举Leader的Bean self.jmxLeaderElectionBean = new LeaderElectionBean(); MBeanRegistry.getInstance().register( self.jmxLeaderElectionBean, self.jmxLocalPeerBean); } catch (Exception e) { LOG.warn("Failed to register with JMX", e); self.jmxLeaderElectionBean = null; } if (self.start_fle == 0) { self.start_fle = Time.currentElapsedTime(); } try { // todo 每台服务器独有的投票箱 , 存放其他服务器投过来的票的map // todo long类型的key (sid)标记谁给当前的server投的票 Vote类型的value 投的票 HashMap<Long, Vote> recvset = new HashMap<Long, Vote>(); HashMap<Long, Vote> outofelection = new HashMap<Long, Vote>(); int notTimeout = finalizeWait; synchronized (this) { //todo Automic 类型的时钟 logicalclock.incrementAndGet(); //todo 一开始启动时,入参位置的值都取自己的,相当于投票给自己 updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch()); } LOG.info("New election. My id = " + self.getId() + ", proposed zxid=0x" + Long.toHexString(proposedZxid)); // todo 发送出去,投票自己 sendNotifications(); /* * Loop in which we exchange notifications until we find a leader */ // todo 如果自己一直处于LOOKING的状态,一直循环 while ((self.getPeerState() == ServerState.LOOKING) && (!stop)) { /* * Remove next notification from queue, times out after 2 times * the termination time */ //todo 尝试获取其他服务器的投票的信息 // todo 从接受消息的队列中取出一个msg(这个队列中的数据就是它投票给自己的票) // todo 在QuorumCxnManager.java中 发送的投票的逻辑中,如果是发送给自己的,就直接加到recvQueue,而不经过socket // todo 所以它在这里是取出了自己的投票 Notification n = recvqueue.poll(notTimeout, TimeUnit.MILLISECONDS); /* * Sends more notifications if haven't received enough. * Otherwise processes new notification. */ // todo 第一轮投票这里不为空 if (n == null) { // todo 第二轮就没有投票了,为null, 进入这个分支 // todo 进行判断 ,如果集群中有三台服务器,现在仅仅启动一台服务器,还剩下两台服务器没启动 // todo 那就会有3票, 其中1票直接放到 recvQueue ， 另外两票需要发送给其他两台机器的逻辑就在这里判断 // todo 验证是通不过的,因为queueSendMap中的两条队列都不为空 if (manager.haveDelivered()) { sendNotifications(); } else { // todo 进入这个逻辑 manager.connectAll(); } /* * Exponential backoff */ int tmpTimeOut = notTimeout * 2; notTimeout = (tmpTimeOut < maxNotificationInterval ? tmpTimeOut : maxNotificationInterval); LOG.info("Notification time out: " + notTimeout); } else if (validVoter(n.sid) && validVoter(n.leader)) { // todo 收到了其他服务器的投票信息后,来到下面的分支中处理 /* * Only proceed if the vote comes from a replica in the * voting view for a replica in the voting view. * todo 仅当投票来自投票视图中的副本时，才能继续进行投票。 */ switch (n.state) { case LOOKING: // todo 表示获取到投票的服务器的状态也是looking // If notification > current, replace and send messages out // todo 对比接收到的头片的 epoch和当前时钟先后 // todo 接收到的投票 > 当前服务器的时钟 // todo 表示当前server在投票过程中可能以为故障比其他机器少投了几次,需要重新投票 if (n.electionEpoch > logicalclock.get()) { // todo 将自己的时钟调整为更新的时间 logicalclock.set(n.electionEpoch); // todo 清空自己的投票箱 recvset.clear(); // todo 用别人的信息和自己的信息对比,选出一个更适合当leader的,如果还是自己适合,不作为, 对方适合,修改投票,投 对方 if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch())) { updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch); } else { updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch()); } sendNotifications(); // todo 接收到的投票 < 当前服务器的时钟 // todo 说明这个投票已经不能再用了 } else if (n.electionEpoch < logicalclock.get()) { if (LOG.isDebugEnabled()) { LOG.debug("Notification election epoch is smaller than logicalclock. n.electionEpoch = 0x" + Long.toHexString(n.electionEpoch) + ", logicalclock=0x" + Long.toHexString(logicalclock.get())); } break; // todo 别人的投票时钟和我的时钟是相同的 // todo 满足 totalOrderPredicate 后,会更改当前的投票,重新投票 /** * 在 totalOrderPredicate 比较两者之间谁更满足条件 * ((newEpoch > curEpoch) || * ((newEpoch == curEpoch) && * ((newZxid > curZxid) || * ((newZxid == curZxid) && * (newId > curId))))); */ // todo 返回true说明 对方更适合当leader } else if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) { updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch); sendNotifications(); } if (LOG.isDebugEnabled()) { LOG.debug("Adding vote: from=" + n.sid + ", proposed leader=" + n.leader + ", proposed zxid=0x" + Long.toHexString(n.zxid) + ", proposed election epoch=0x" + Long.toHexString(n.electionEpoch)); } // todo 将自己的投票存放到投票箱子中 recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch)); // todo 根据别人的投票,以及自己的投票判断,本轮得到投票的集群能不能成为leader if (termPredicate(recvset, new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock.get(), proposedEpoch))) { // todo 到这里说明接收到投票的机器已经是准leader了 // Verify if there is any change in the proposed leader // todo 校验一下, leader有没有变动 while ((n = recvqueue.poll(finalizeWait, TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) { if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) { recvqueue.put(n); break; } } /* * This predicate is true once we don't read any new * relevant message from the reception queue */ if (n == null) { // todo 判断自己是不是leader, 如果是,更改自己的状态未leading , 否则根据配置文件确定状态是 Observer 还是Follower // todo leader选举出来后, QuorumPeer中的run方法中的while再循环,不同角色的服务器就会进入到 不同的分支 self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ? ServerState.LEADING : learningState()); Vote endVote = new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock.get(), proposedEpoch); leaveInstance(endVote); return endVote; } } break; case OBSERVING: // todo 禁止Observer参加投票 LOG.debug("Notification from observer: " + n.sid); break; case FOLLOWING: case LEADING: /* * Consider all notifications from the same epoch * together. */ if (n.electionEpoch == logicalclock.get()) { recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch)); if (ooePredicate(recvset, outofelection, n)) { self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ? ServerState.LEADING : learningState()); Vote endVote = new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch); leaveInstance(endVote); return endVote; } } /* * Before joining an established ensemble, verify * a majority is following the same leader. */ outofelection.put(n.sid, new Vote(n.version, n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch, n.state)); if (ooePredicate(outofelection, outofelection, n)) { synchronized (this) { logicalclock.set(n.electionEpoch); self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ? ServerState.LEADING : learningState()); } Vote endVote = new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch); leaveInstance(endVote); return endVote; } break; default: LOG.warn("Notification state unrecognized: {} (n.state), {} (n.sid)", n.state, n.sid); break; } } else { if (!validVoter(n.leader)) { LOG.warn("Ignoring notification for non-cluster member sid {} from sid {}", n.leader, n.sid); } if (!validVoter(n.sid)) { LOG.warn("Ignoring notification for sid {} from non-quorum member sid {}", n.leader, n.sid); } } } return null;
经过如上的判断各个节点的就可以选举出不同的角色,再次回到QuorumPeer.java的run()中进行循环时,不再会进入case LOOKING:代码块了,而是按照自己不同的角色各司其职,完成不同的初始化启动
