1. QuorumPeerMain运行

1)判断是采用单实例模式还是多实例模式启动QuorumPeerMain

2)在多实例模式下,加载启动参数中指定的配置文件

3)启动QuorumPeer

public class QuorumPeerMain {
... protected QuorumPeer quorumPeer; public static void main(String[] args) {
QuorumPeerMain main = new QuorumPeerMain();
try {
main.initializeAndRun(args);
}
...
} protected void initializeAndRun(String[] args) throws ConfigException, IOException {
QuorumPeerConfig config = new QuorumPeerConfig();
if (args.length == 1) {
config.parse(args[0]);
}
// 启动data目录下的定时清理任务
...
// 启动参数中指定配置文件,且配置文件中指定为多实例
if (args.length == 1 && config.servers.size() > 0) {
runFromConfig(config); //
} else {
// 单实例模式启动
...
}
} public void runFromConfig(QuorumPeerConfig config) throws IOException {
...
try {
// 客户端连接工厂,默认NIOServerCnxnFactory
ServerCnxnFactory cnxnFactory =
ServerCnxnFactory.createFactory();
cnxnFactory.configure(config.getClientPortAddress(), config.getMaxClientCnxns());
quorumPeer = new QuorumPeer(config.getServers(),
new File(config.getDataDir()),
new File(config.getDataLogDir()),
config.getElectionAlg(), // 选举算法,默认FastLeaderElection(3)
config.getServerId(),
config.getTickTime(),
config.getInitLimit(),
config.getSyncLimit(),
config.getQuorumListenOnAllIPs(),
cnxnFactory,
config.getQuorumVerifier());
...
quorumPeer.setZKDatabase(new ZKDatabase(quorumPeer.getTxnFactory()));
...
quorumPeer.start(); // 启动当前实例
quorumPeer.join(); // 主线程等待quorumPeer线程执行
} catch (InterruptedException e) {
...
}
}
}

2. QuorumPeer启动

1)监听客户端连接

2)确认选举算法,监听选举端口

3)启动服务(run),开始选举

4 ) 成为Leader / Follower / Observer(后续介绍)

public class QuorumPeer extends ZooKeeperThread implements QuorumStats.Provider {
...
ServerCnxnFactory cnxnFactory; // NIOServerCnxnFactory
...
@Override
public synchronized void start() {
loadDataBase(); // 加载currentEpoch和acceptedEpoch
cnxnFactory.start(); // 监听客户端连接,NIOServerCnxnFactory.start
startLeaderElection(); // 确认选举算法,监听选举端口
super.start(); // 启动服务(run),开始选举
}
...
synchronized public void startLeaderElection() {
try {
// 当前投票投给自己
currentVote = new Vote(myid, getLastLoggedZxid(), getCurrentEpoch());
} catch(IOException e) {
...
}
...
// 确认选举算法,监听选举端口
this.electionAlg = createElectionAlgorithm(electionType);
}
...
protected Election createElectionAlgorithm(int electionAlgorithm){
Election le=null;
switch (electionAlgorithm) {
...
case 3:
qcm = createCnxnManager(); // QuorumCnxManager负责收发投票
QuorumCnxManager.Listener listener = qcm.listener;
if(listener != null){
listener.start(); // 启动ServerSocket监听选举端口
le = new FastLeaderElection(this, qcm);
}
...
break;
...
}
return le;
}
...
@Override
public void run() {
...
try {
while (running) {
switch (getPeerState()) {
case LOOKING:
if (Boolean.getBoolean("readonlymode.enabled")) {
// 启动ReadOnlyZooKeeperServer处理只读请求
...
} else {
try {
setBCVote(null);
// 开始选举,FastLeaderElection.lookForLeader
setCurrentVote(makeLEStrategy().lookForLeader());
}
...
}
break;
case OBSERVING:
try {
setObserver(makeObserver(logFactory)); // Observer
observer.observeLeader();
}
...
break;
case FOLLOWING:
try {
setFollower(makeFollower(logFactory)); // Follower
follower.followLeader();
}
...
break;
case LEADING:
try {
setLeader(makeLeader(logFactory)); // Leader
leader.lead();
setLeader(null);
}
...
break;
}
}
} finally {
...
}
}
}

3. 快速选举算法

1)广播推荐的Leader为自己,并接收其它ZK服务器的投票

2)选举进行中

  1' 若对方推荐的Leader > 自己推荐Leader,跟随对方投票并广播

  2' 更新票箱,判断对方投票是否过半,是则返回最终投票,否则选举继续

3)选举已经结束

  更新票箱,判断对方投票是否过半且为Leader,是则返回最终投票,否则选举继续

public class FastLeaderElection implements Election {
...
public FastLeaderElection(QuorumPeer self, QuorumCnxManager manager){
...
starter(self, manager);
}
private void starter(QuorumPeer self, QuorumCnxManager manager) {
...
sendqueue = new LinkedBlockingQueue<ToSend>(); // 待发送投票队列
recvqueue = new LinkedBlockingQueue<Notification>(); // 待接收投票队列
// 通过QuorumCnxManager往sendqueue添加投票,从recvqueue获取投票
this.messenger = new Messenger(manager);
}
...
public Vote lookForLeader() throws InterruptedException {
...
try {
HashMap<Long, Vote> recvset = new HashMap<Long, Vote>(); // 投票箱
// 如当前ZK服务器新加入到集群时,选举已经结束且当前选举轮数落后
HashMap<Long, Vote> outofelection = new HashMap<Long, Vote>();
...
synchronized(this){
logicalclock++; // 选举轮数 + 1
// 初始推荐Leader为自己,即初始投票投给自己
updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch());
}
...
sendNotifications(); // 广播自己的投票
// 循环直至选举出Leader
while ((self.getPeerState() == ServerState.LOOKING) && (!stop)){
// 获取一个其它ZK服务器的投票(超时时间为200毫秒)
Notification n = recvqueue.poll(notTimeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
if(n == null){
// 重新广播自己的投票,增加超时时间
...
}
else if(self.getVotingView().containsKey(n.sid)) {
switch (n.state) {
case LOOKING: // 选举进行中
if (n.electionEpoch > logicalclock) { // 当前选举轮数落后
logicalclock = n.electionEpoch; // 更新选举轮数
recvset.clear(); // 清空票箱
// 对方投票 > 当前投票(对方推荐的LeaderID > 自己推荐的LeaderID)
if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch())) {
updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch); // 跟随对方投票
} else {
updateProposal(getInitId(), getInitLastLoggedZxid(), getPeerEpoch()); // 坚持当前投票
}
sendNotifications(); // 重新广播自己的投票
} else if (n.electionEpoch < logicalclock) { // 当前选举轮数领先
// 纪录日志,不做其它处理
...
break;
} else if (totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)) {
updateProposal(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch); // 跟随对方投票
sendNotifications(); // 重新广播自己的投票
}
...
// 更新票箱
recvset.put(n.sid, new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch));
// 票数过半
if (termPredicate(recvset, new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock, proposedEpoch))) {
// 等待200ms接收投票
while((n = recvqueue.poll(finalizeWait, TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) {
// 对方投票 > 当前投票,则选举继续
if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid, n.peerEpoch, proposedLeader, proposedZxid, proposedEpoch)){
recvqueue.put(n);
break;
}
}
if (n == null) { // 200ms内未接收到新的投票
// 服务器状态由LOOKING转为LEADING/FOLLOWING/OBSERVING
self.setPeerState((proposedLeader == self.getId()) ? ServerState.LEADING: learningState());
// 确认和返回最终投票
Vote endVote = new Vote(proposedLeader, proposedZxid, logicalclock, proposedEpoch);
leaveInstance(endVote);
return endVote;
}
}
break;
case OBSERVING:
break;
case FOLLOWING:
case LEADING:
// 如当前ZK服务器新加入到集群时,选举已经结束
if(n.electionEpoch == logicalclock) { // ??为何选举轮数落后则使用outofelection
// 更新recvset票箱,并查找当前集群Leader
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;
}
}
// 更新outofelection票箱,并查找当前集群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 = n.electionEpoch;
self.setPeerState((n.leader == self.getId()) ? erverState.LEADING: learningState());
}
Vote endVote = new Vote(n.leader, n.zxid, n.electionEpoch, n.peerEpoch);
leaveInstance(endVote);
return endVote;
}
break;
...
}
}
...
}
return null;
}
...
}
}

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