动物园管理员中怎么实现一个Zab协议

这篇文章将为大家详细讲解有关Zookeeper中怎么实现一个Zab协议,文章内容质量较高,因此小编分享给大家做个参考,希望大家阅读完这篇文章后对相关知识有一定的了解。


一、Zookeeper简介

Zookeeper是一个分布式数据一致性的解决方案,分布式应用可以基于它实现诸如数据发布/订阅,负载均衡,命名服务,分布式协调/通知,集群管理,Master选举,分布式锁和分布式队列等功能。Zookeeper致力于提供一个高性能、高可用、且具有严格的顺序访问控制能力的分布式协调系统

考虑到Zookeeper主要操作数据的状态,为了保证状态的一致性,Zookeeper提出了两个安全属性:

  1. 全序(Total order):如果消息a在消息b之前发送,则所有Server应该看到相同的结果;

  2. 因果顺序(Causal order):如果消息a在消息b之前发生(a导致了b),并被一起发送,则a始终在b之前被执行;

为了保证上述两个安全属性,Zookeeper使用了TCP协议和Leader

  1. 通过使用TCP协议保证了消息的全序特性(先发先到);

  2. 通过Leader解决了因果顺序问题:先到Leader的先执行,但是这样的话Leader有可能出现出现网络中断、崩溃退出与重启等异常情况,这就有必要引入Leader选举算法;

而ZAB(Zookeeper Atomic Broadcast即Zookeeper原子消息广播协议)正是作为其数据一致性的核心算法,下面介绍一下ZAB协议。

二、什么是Zab协议

ZAB ,Zookeeper Atomic Broadcast,zk 原子消息广播协议,是专为 ZooKeeper 设计的一 种支持崩溃恢复的原子广播协议。在 Zookeeper 中,基于该协议,ZooKeeper 实现了一种主从模式的系统架构来保持集群中各个副本之间的数据一致性。

Zookeeper 使用一个单一主进程来接收并处理客户端的所有事务请求,即写请求。当服 务器数据的状态发生变更后,集群采用 ZAB 原子广播协议,以事务提案 Proposal 的形式广 播到所有的副本进程上。ZAB 协议能够保证一个全局的变更序列,即可以为每一个事务分配 一个全局的递增编号 xid。

当 Zookeeper 客户端连接到 Zookeeper 集群的一个节点后,若客户端提交的是读请求, 那么当前节点就直接根据自己保存的数据对其进行响应;如果是写请求且当前节点不是 Leader,那么节点就会将该写请求转发给 Leader,Leader 会以提案的方式广播该写操作,只 要有超过半数节点同意该写操作,则该写操作请求就会被提交。然后 Leader 会再次广播给 所有订阅者,即 Learner,通知它们同步数据。

Zookeeper中怎么实现一个Zab协议

三、Zab协议原理

Zab协议要求每个 Leader 都要经历三个阶段:发现,同步,广播

  1. 发现:要求zookeeper集群必须选举出一个 Leader 进程,同时 Leader 会维护一个 Follower 可用客户端列表。将来客户端可以和这些 Follower节点进行通信。

  2. 同步:Leader 要负责将本身的数据与 Follower 完成同步,做到多副本存储。这样也是提现了CAP中的高可用和分区容错。Follower将队列中未处理完的请求消费完成后,写入本地事务日志中

  3. 广播:Leader 可以接受客户端新的事务Proposal请求,将新的Proposal请求广播给所有的 Follower。

四、Zab协议核心

Zab协议的核心:定义了事务请求的处理方式

  1. 所有的事务请求必须由一个全局唯一的服务器来协调处理,这样的服务器被叫做 Leader服务器。其他剩余的服务器则是 Follower服务器

  2. Leader服务器 负责将一个客户端事务请求,转换成一个 事务Proposal,并将该 Proposal 分发给集群中所有的 Follower 服务器,也就是向所有 Follower 节点发送数据广播请求(或数据复制)

  3. 分发之后Leader服务器需要等待所有Follower服务器的反馈(Ack请求),在Zab协议中,只要超过半数的Follower服务器进行了正确的反馈后(也就是收到半数以上的Follower的Ack请求),那么 Leader 就会再次向所有的 Follower服务器发送 Commit 消息,要求其将上一个 事务proposal 进行提交。

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