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Leader选举是保证分布式数据一致性的关键所在。Leader选举分为Zookeeper集群初始化启动时选举和Zookeeper集群运行期间Leader重新选举两种情况。在讲解Leader选举前先了解一下Zookeeper节点4种可能状态和事务ID概念。
0x01、Zookeeper节点状态
LOOKING：寻找Leader状态，处于该状态需要进入选举流程
LEADING：领导者状态，处于该状态的节点说明是角色已经是Leader
FOLLOWING：跟随者状态，表示Leader已经选举出来，当前节点角色是follower
OBSERVER：观察者状态，表明当前节点角色是observer
0x02、事务ID
ZooKeeper状态的每次变化都接收一个ZXID（ZooKeeper事务id）形式的标记。ZXID是一个64位的数字，由Leader统一分配，全局唯一，不断递增。
ZXID展示了所有的ZooKeeper的变更顺序。每次变更会有一个唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2说明zxid1在zxid2之前发生。
0x03：支持的领导选举算法
zookeeper领导的选举算法可以通过electionAlg配置项进行设置。到3.4.10版本为止，可选项有
基于UDP的LeaderElection
基于UDP的FastLeaderElection
基于UDP和认证的FastLeaderElection
基于TCP的FastLeaderElection
在3.4.10版本中，默认值为3（即基于TCP的FastLeaderElection）。另外三种算法已经被弃用，并且有计划在之后的版本中将它们彻底删除而不再支持。FastLeaderElection选举算法是标准的Fast Paxos算法实现，可解决LeaderElection选举算法收敛速度慢的问题。
0x04、选票数据结构
每个服务器在进行领导选举时，会发送如下关键信息
logicClock 每个服务器会维护一个自增的整数，名为logicClock，它表示这是该服务器发起的第多少轮投票
state 当前服务器的状态
self_id 当前服务器的myid
self_zxid 当前服务器上所保存的数据的最大zxid
vote_id 被推举的服务器的myid
vote_zxid 被推举的服务器上所保存的数据的最大zxid
0x05、Zookeeper集群初始化启动时Leader选举
若进行Leader选举，则至少需要两台机器，这里选取3台机器组成的服务器集群为例。
初始化启动期间Leader选举流程如下图所示。
在集群初始化阶段，当有一台服务器ZK1启动时，其单独无法进行和完成Leader选举，当第二台服务器ZK2启动时，此时两台机器可以相互通信，每台机器都试图找到Leader，于是进入Leader选举过程。选举过程开始，过程如下：
(1) 每个Server发出一个投票。由于是初始情况，ZK1和ZK2都会将自己作为Leader服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器的myid和ZXID，使用(myid, ZXID)来表示，此时ZK1的投票为(1, 0)，ZK2的投票为(2, 0)，然后各自将这个投票发给集群中其他机器。
(2) 接受来自各个服务器的投票。集群的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查是否是本轮投票、是否来自LOOKING状态的服务器。
(3) 处理投票。针对每一个投票，服务器都需要将别人的投票和自己的投票进行比较，规则如下
优先检查ZXID。ZXID比较大的服务器优先作为Leader。
如果ZXID相同，那么就比较myid。myid较大的服务器作为Leader服务器。
对于ZK1而言，它的投票是(1, 0)，接收ZK2的投票为(2, 0)，首先会比较两者的ZXID，均为0，再比较myid，此时ZK2的myid最大，于是ZK2胜。ZK1更新自己的投票为(2, 0)，并将投票重新发送给ZK2。
(4) 统计投票。每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半机器接受到相同的投票信息，对于ZK1、ZK2而言，都统计出集群中已经有两台机器接受了(2, 0)的投票信息，此时便认为已经选出ZK2作为Leader。
(5) 改变服务器状态。一旦确定了Leader，每个服务器就会更新自己的状态，如果是Follower，那么就变更为FOLLOWING，如果是Leader，就变更为LEADING。当新的Zookeeper节点ZK3启动时，发现已经有Leader了，不再选举，直接将直接的状态从LOOKING改为FOLLOWING。
0x06、Zookeeper集群运行期间Leader重新选
在Zookeeper运行期间，如果Leader节点挂了，那么整个Zookeeper集群将暂停对外服务，进入新一轮Leader选举。
假设正在运行的有ZK1、ZK2、ZK3三台服务器，当前Leader是ZK2，若某一时刻Leader挂了，此时便开始Leader选举。选举过程如下图所示。
(1) 变更状态。Leader挂后，余下的非Observer服务器都会讲自己的服务器状态变更为LOOKING，然后开始进入Leader选举过程。
(2) 每个Server会发出一个投票。在运行期间，每个服务器上的ZXID可能不同，此时假定ZK1的ZXID为124，ZK3的ZXID为123；在第一轮投票中，ZK1和ZK3都会投自己，产生投票(1, 124)，(3, 123)，然后各自将投票发送给集群中所有机器。
(3) 接收来自各个服务器的投票。与启动时过程相同。
(4) 处理投票。与启动时过程相同，由于ZK1事务ID大，ZK1将会成为Leader。
(5) 统计投票。与启动时过程相同。
(6) 改变服务器的状态。与启动时过程相同。
参考：http://www.jasongj.com/zookeeper/fastleaderelection/
https://blog.csdn.net/chengyuqiang/article/details/79190061
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