首發於 2018-12-08，修改於 2021-12-12。
1 - ZooKeeper的主從機制
在絕大部分通過主從實現高可用的系統中，Leader == Master，Follower == Slaver。
集群中的各個節點都會嘗試注冊為 leader 節點，其他沒有注冊成功的則成為 follower（隨從）節點。
這些 follower 節點通過 watcher（觀察者）監控着 leader 節點：
—— ZooKeeper 內部通過心跳機制來確定 leader 的狀態，一旦 leader 節點出現問題，集群內部就能立即獲悉並迅速通知其他 follower 節點來選出新的 leader。
2 - 什么是 ZooKeeper 的腦裂
2.1 腦裂現象的表現
ZooKeeper 集群中，各個節點間的網絡通信不良時，容易出現腦裂（split-brain）現象。
1）集群中的部分 follower 節點監聽不到 leader 節點的心跳，就會認為 leader 節點出了問題；
2）這些監聽不到 leader 節點心跳的 follower 節點就會選舉出新 leader 節點；
3）新的 leader 和舊 leader 節點 和各自的 follower 節點組成多個小集群。
—— 一個集群中有多個 leader 節點，這就是腦裂現象。
2.2 為什么會出現腦裂
設想這樣一種情況：
① 集群中網絡通信不好，導致心跳監測超時 —— follower 認為 leader 節點由於某種原因掛掉了，可其實 leader 節點並未真正掛掉 —— 這就是假死現象。
② leader 節點假死后，ZooKeeper 通知所有 follower 節點進行新的選舉 ==> 某個 follower 節點升級為新的 leader —— 此時集群中存在2個leader節點。
③ 此時 ZooKeeper 需要將新 leader 節點的信息通知給所有 follower 節點，還要通知到所有的 client（比如 Kafka 集群中的 Kafka 節點就是一個 client），這個過程由於網絡等因素的影響，消息到達肯定存在不同程度的延遲。
④ 如果部分 client 獲得了新 leader 節點的信息，而部分沒有獲得，恰好此時 client 向 ZooKeeper 發起讀寫請求，ZooKeeper 內部的不一致就會導致：部分 client 連接到了新的 leader 節點，而部分 client 連接到了舊的 leader節點 —— 服務中出現了2個leader，client 不知道聽誰好，就像1個大腦被分裂成2個，很形象吧O(∩_∩)O
3 - ZooKeeper如何解決"腦裂"
3.1 3種可行的思路
(1) Quorums（ˈkwɔrəm，法定人數）
通過設置法定人數，進而確定集群的容忍度，當集群中存活的節點少於法定人數，集群將不可用。比如：
3個節點的集群中，Quorums = 2 —— 集群可以容忍 (3 - 2 = 1) 個節點失敗，這時候還能選舉出 leader，集群仍然可用；
4個節點的集群中，Quorums = 3 —— 集群同樣可以容忍 1 個節點失敗，如果2個節點失敗，那整個集群就不可用了。
(2) Redundant communications（冗余通信）
集群中采用多種通信方式，防止一種通信方式失效導致集群中的節點無法通信。
(3) Fencing（隔離，即共享資源）
通過隔離的方式，將所有共享資源隔離起來，能對共享資源進行寫操作（即加鎖）的節點就是 leader 節點。
3.2 ZooKeeper 的做法
ZooKeeper 默認采用了Quorums 的方式：只有獲得超過半數節點的投票，才能選舉出 leader。
這種方式可以確保要么選出唯一的 leader，要么選舉失敗。
ZooKeeper 中 Quorums 的作用:
① 指定集群中選舉 leader 所需的最少節點數，保證集群可用；
② client 的數據被安全保存到集群中所需的最少節點數，一旦這些節點保存了數據，客戶端將被通知數據已經安全保存，可以繼續其他任務 —— 基於最終一致性，集群中剩余的節點最終也會保存相關的數據。
ZooKeeper的寫也遵循quorum機制，因此得不到大多數支持的寫是無效的。
3.3 ZooKeeper 的具體解決思路
假設：leader 發生了假死，followers 選舉出了一個新的 leader。
當舊的 leader 復活並認為自己仍然是 leader，它向其他 followers 發出寫請求時，會被拒絕。
—— 因為 ZooKeeper 維護了一個叫 epoch 的變量，每當新 leader 產生時，epoch 就會遞增，followers 如果確認了新的 leader，同時也會知道其 epoch 的值 —— 它們會拒絕所有 epoch 小於現任 leader 的 epoch 的舊 leader 的請求。
注意：仍然會存在有部分 followers 不知道新 leader 的存在，但肯定不是大多數，否則新 leader 將無法產生。
參考資料
版權聲明
出處：博客園-瘦風的南牆(https://www.cnblogs.com/shoufeng)
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