Zookeeper如何解決腦裂問(wèn)題？

什么是腦裂？

腦裂(split-brain)就是“大腦分裂”，也就是本來(lái)一個(gè)“大腦”被拆分了兩個(gè)或多個(gè)“大腦”，我們都知道，如果一個(gè)人有多個(gè)大腦，并且相互獨(dú)立的話，那么會(huì)導(dǎo)致人體“手舞足蹈”，“不聽(tīng)使喚”。

創(chuàng)新互聯(lián)是一家業(yè)務(wù)范圍包括IDC托管業(yè)務(wù),網(wǎng)頁(yè)空間、主機(jī)租用、主機(jī)托管，四川、重慶、廣東電信服務(wù)器租用,四川聯(lián)通機(jī)房服務(wù)器托管，成都網(wǎng)通服務(wù)器托管,成都服務(wù)器租用,業(yè)務(wù)范圍遍及中國(guó)大陸、港澳臺(tái)以及歐美等多個(gè)國(guó)家及地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)公司。

腦裂通常會(huì)出現(xiàn)在集群環(huán)境中，比如ElasticSearch、Zookeeper集群，而這些集群環(huán)境有一個(gè)統(tǒng)一的特點(diǎn)，就是它們有一個(gè)大腦，比如ElasticSearch集群中有Master節(jié)點(diǎn)，Zookeeper集群中有Leader節(jié)點(diǎn)。

本篇文章著重來(lái)給大家講一下Zookeeper中的腦裂問(wèn)題，以及是如果解決腦裂問(wèn)題的。

Zookeeper集群中的腦裂場(chǎng)景

對(duì)于一個(gè)集群，想要提高這個(gè)集群的可用性，通常會(huì)采用多機(jī)房部署，比如現(xiàn)在有一個(gè)由6臺(tái)zkServer所組成的一個(gè)集群，部署在了兩個(gè)機(jī)房：

正常情況下，此集群只會(huì)有一個(gè)Leader，那么如果機(jī)房之間的網(wǎng)絡(luò)斷了之后，兩個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)的zkServer還是可以相互通信的，如果不考慮過(guò)半機(jī)制，那么就會(huì)出現(xiàn)每個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)部都將選出一個(gè)Leader。

這就相當(dāng)于原本一個(gè)集群，被分成了兩個(gè)集群，出現(xiàn)了兩個(gè)“大腦”，這就是腦裂。

對(duì)于這種情況，我們也可以看出來(lái)，原本應(yīng)該是統(tǒng)一的一個(gè)集群對(duì)外提供服務(wù)的，現(xiàn)在變成了兩個(gè)集群同時(shí)對(duì)外提供服務(wù)，如果過(guò)了一會(huì)，斷了的網(wǎng)絡(luò)突然聯(lián)通了，那么此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題了，兩個(gè)集群剛剛都對(duì)外提供服務(wù)了，數(shù)據(jù)該怎么合并，數(shù)據(jù)沖突怎么解決等等問(wèn)題。

剛剛在說(shuō)明腦裂場(chǎng)景時(shí)，有一個(gè)前提條件就是沒(méi)有考慮過(guò)半機(jī)制，所以實(shí)際上Zookeeper集群中是不會(huì)出現(xiàn)腦裂問(wèn)題的，而不會(huì)出現(xiàn)的原因就跟過(guò)半機(jī)制有關(guān)。

過(guò)半機(jī)制

在領(lǐng)導(dǎo)者選舉的過(guò)程中，如果某臺(tái)zkServer獲得了超過(guò)半數(shù)的選票，則此zkServer就可以成為L(zhǎng)eader了。

過(guò)半機(jī)制的源碼實(shí)現(xiàn)其實(shí)非常簡(jiǎn)單：

public class QuorumMaj implements QuorumVerifier {
   private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(QuorumMaj.class);

   int half;

   // n表示集群中zkServer的個(gè)數(shù)（準(zhǔn)確的說(shuō)是參與者的個(gè)數(shù)，參與者不包括觀察者節(jié)點(diǎn)）
   public QuorumMaj(int n){
       this.half = n/2;
   }

   // 驗(yàn)證是否符合過(guò)半機(jī)制
   public boolean containsQuorum(Set<Long> set){
       // half是在構(gòu)造方法里賦值的
       // set.size()表示某臺(tái)zkServer獲得的票數(shù)
       return (set.size() > half);
   }

}

大家仔細(xì)看一下上面方法中的注釋，核心代碼就是下面兩行：

this.half = n/2;
return (set.size() > half);

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：如果現(xiàn)在集群中有5臺(tái)zkServer，那么half=5/2=2，那么也就是說(shuō)，領(lǐng)導(dǎo)者選舉的過(guò)程中至少要有三臺(tái)zkServer投了同一個(gè)zkServer，才會(huì)符合過(guò)半機(jī)制，才能選出來(lái)一個(gè)Leader。

那么有一個(gè)問(wèn)題我們想一下，選舉的過(guò)程中為什么一定要有一個(gè)過(guò)半機(jī)制驗(yàn)證？

因?yàn)檫@樣不需要等待所有zkServer都投了同一個(gè)zkServer就可以選舉出來(lái)一個(gè)Leader了，這樣比較快，所以叫快速領(lǐng)導(dǎo)者選舉算法唄。

那么再來(lái)想一個(gè)問(wèn)題，過(guò)半機(jī)制中為什么是大于，而不是大于等于呢？

這就是更腦裂問(wèn)題有關(guān)系了，比如回到上文出現(xiàn)腦裂問(wèn)題的場(chǎng)景：

當(dāng)機(jī)房中間的網(wǎng)絡(luò)斷掉之后，機(jī)房1內(nèi)的三臺(tái)服務(wù)器會(huì)進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)者選舉，但是此時(shí)過(guò)半機(jī)制的條件是set.size() > 3，也就是說(shuō)至少要4臺(tái)zkServer才能選出來(lái)一個(gè)Leader，所以對(duì)于機(jī)房1來(lái)說(shuō)它不能選出一個(gè)Leader，同樣機(jī)房2也不能選出一個(gè)Leader，這種情況下整個(gè)集群當(dāng)機(jī)房間的網(wǎng)絡(luò)斷掉后，整個(gè)集群將沒(méi)有Leader。

而如果過(guò)半機(jī)制的條件是set.size() >= 3，那么機(jī)房1和機(jī)房2都會(huì)選出一個(gè)Leader，這樣就出現(xiàn)了腦裂。所以我們就知道了，為什么過(guò)半機(jī)制中是大于，而不是大于等于。就是為了防止腦裂。

如果假設(shè)我們現(xiàn)在只有5臺(tái)機(jī)器，也部署在兩個(gè)機(jī)房：

此時(shí)過(guò)半機(jī)制的條件是set.size() > 2，也就是至少要3臺(tái)服務(wù)器才能選出一個(gè)Leader，此時(shí)機(jī)房件的網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)了，對(duì)于機(jī)房1來(lái)說(shuō)是沒(méi)有影響的，Leader依然還是Leader，對(duì)于機(jī)房2來(lái)說(shuō)是選不出來(lái)Leader的，此時(shí)整個(gè)集群中只有一個(gè)Leader。

所以，我們可以總結(jié)得出，有了過(guò)半機(jī)制，對(duì)于一個(gè)Zookeeper集群，要么沒(méi)有Leader，要沒(méi)只有1個(gè)Leader，這樣就避免了腦裂問(wèn)題。

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Zookeeper如何解決腦裂問(wèn)題？

什么是腦裂？

Zookeeper集群中的腦裂場(chǎng)景

過(guò)半機(jī)制

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