内容简介:Zookeeper 是一个高可用的分布式数据管理与协调框架,基于ZAB协议算法的实现,该框架能够很好的保证分布式环境中数据的一致性。Zookeeper的典型应用场景主要有: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。本文主要介绍如何利用Zookeeper实现Master选举。Master选举在分布式系统中是一个非常常见的场景。在分布式系统中,常常采用主从模式的方式避免单点故障,提高系统服务的可用性。正常情况下,Master节点用来协调集群中其他系
Zookeeper 是一个高可用的分布式数据管理与协调框架,基于ZAB协议算法的实现,该框架能够很好的保证分布式环境中数据的一致性。Zookeeper的典型应用场景主要有: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。
本文主要介绍如何利用Zookeeper实现Master选举。
Master选举
Master选举在分布式系统中是一个非常常见的场景。在分布式系统中,常常采用主从模式的方式避免单点故障,提高系统服务的可用性。正常情况下,Master节点用来协调集群中其他系统单元,维护系统状态信息,或者负责一些复杂的逻辑,再将处理结果同步给其他节点。当Master节点宕机,或者由于其他问题导致无法提供服务时,系统将发起一次Master选举,从候选节点中选出一个新的Master节点,以继续提供服务。
譬如在一些读写分离的应用中,Master节点负责客户端的写请求,处理完毕之后再将结果同步给从节点。
选举算法?
著名的选举算法有 Paxos算法、Raft算法、Bully算法等,但在业务系统的开发中,实现选举算法并不是我们工作的重心。
Zookeeper有一个非常重要的特性即 强一致性 ,能够很好地保证在分布式高并发情况下 节点的创建一定能够保证全局唯一性 ,即Zookeeper将会保证客户端无法重复创建一个已经存在的数据节点。也就是说,如果同时有多个客户端请求创建同一个节点,那么最终一定只有一个客户端请求能够创建成功。利用这个特性,就能很容易地在分布式环境中进行Master选举了。
利用Zookeeper实现Master选举
Apache Curator是一个Zookeeper的开源客户端,它提供了Zookeeper各种应用场景(Recipe,如共享锁服务、master选举、分布式计数器等)的抽象封装,本文使用 Curator 提供的Recipe来实现Master选举。
Curator提供了两种选举方案:Leader Latch 和 Leader Election。下面分别介绍这两种选举方案。
Leader Latch
使用 Leader Latch 方案进行Master选举,系统将 随机从候选者中选出一台作为 leader
,直到调用 close()
释放leadship,此时再重新随机选举 leader
,否则其他的候选者无法成为 leader
。
下面的程序将启动 N 个线程用来模拟分布式系统中的节点,每个线程将创建一个Zookeeper客户端和一个 LeaderLatch 对象用于选举;每个线程有一个名称,名称中有一个编号用于区分;每个线程的存活时间为 number * 10秒
,存活时间结束后将关闭 LeaderLatch 对象和客户端,表示该 ‘节点’ 宕机,如果该节点为 Master节点,这时系统将重新发起 Master选举。
public class LeaderLatchTest { private static final String zkServerIps = "master:2181,hadoop2:2181"; private static final String masterPath = "/testZK/leader_latch"; public static void main(String[] args) { final int clientNums = 5; // 客户端数量,用于模拟 final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientNums); List<LeaderLatch> latchList = new CopyOnWriteArrayList(); List<CuratorFramework> clientList = new CopyOnWriteArrayList(); AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1); try { for (int i = 0; i < clientNums; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { CuratorFramework client = getClient(); // 创建客户端 clientList.add(client); int number = atomicInteger.getAndIncrement(); final LeaderLatch latch = new LeaderLatch(client, masterPath, "client#" + number); System.out.println("创建客户端:" + latch.getId()); // LeaderLatch 添加监听事件 latch.addListener(new LeaderLatchListener() { @Override public void isLeader() { System.out.println(latch.getId() + ": 我现在被选举为Leader!我开始工作了...."); } @Override public void notLeader() { System.out.println(latch.getId() + ": 我遗憾地落选了,我到一旁休息去吧..."); } }); latchList.add(latch); try { latch.start(); // 随机等待 number * 10秒,之后关闭客户端 Thread.sleep(number * 10000); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } finally { System.out.println("客户端 " + latch.getId() + " 关闭"); CloseableUtils.closeQuietly(latch); CloseableUtils.closeQuietly(client); countDownLatch.countDown(); } } }).start(); } countDownLatch.await(); // 等待,只有所有线程都退出 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } private static synchronized CuratorFramework getClient() { CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps) .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000) //.namespace("LeaderLatchTest") .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3)).build(); client.start(); return client; } }
控制台输出的日志
创建客户端:client#1 创建客户端:client#2 创建客户端:client#3 创建客户端:client#4 创建客户端:client#5 client#2: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#1 关闭 客户端 client#2 关闭 client#4: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#3 关闭 客户端 client#4 关闭 client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#5 关闭
系统运行过程中查看 masterPath 可以看见客户端注册的临时节点,当客户端关闭时,临时节点也会被删除
Leader Election
通过 Leader Election 选举方案进行 Master选举,需添加 LeaderSelectorListener 监听器对领导权进行控制, 当节点被选为leader之后,将调用 takeLeadership
方法进行业务逻辑处理,处理完成会立即释放 leadship,重新进行Master选举 ,这样每个节点都有可能成为 leader。 autoRequeue()
方法的调用确保此实例在释放领导权后还可能获得领导权。
public class LeaderSelectorTest { private static final String zkServerIps = "master:2181,hadoop2:2181"; private static final String masterPath = "/testZK/leader_selector"; public static void main(String[] args) { final int clientNums = 5; // 客户端数量,用于模拟 final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientNums); List<LeaderSelector> selectorList = new CopyOnWriteArrayList(); List<CuratorFramework> clientList = new CopyOnWriteArrayList(); AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1); try { for (int i = 0; i < clientNums; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { CuratorFramework client = getClient(); // 创建客户端 clientList.add(client); int number = atomicInteger.getAndIncrement(); final String name = "client#" + number; final LeaderSelector selector = new LeaderSelector(client, masterPath, new LeaderSelectorListener() { @Override public void takeLeadership(CuratorFramework client) throws Exception { System.out.println(name + ": 我现在被选举为Leader!我开始工作了...."); Thread.sleep(3000); } @Override public void stateChanged(CuratorFramework curatorFramework, ConnectionState connectionState) { } }); System.out.println("创建客户端:" + name); try { selector.autoRequeue(); selector.start(); selectorList.add(selector); // 随机等待 number * 10秒,之后关闭客户端 Thread.sleep(number * 10000); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } finally { countDownLatch.countDown(); System.out.println("客户端 " + name + " 关闭"); CloseableUtils.closeQuietly(selector); if (!client.getState().equals(CuratorFrameworkState.STOPPED)) { CloseableUtils.closeQuietly(client); } } } }).start(); } countDownLatch.await(); // 等待,只有所有线程都退出 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } private static synchronized CuratorFramework getClient() { CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps) .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000) //.namespace("LeaderLatchTest") .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3)).build(); client.start(); return client; } }
控制台输出的日志信息
创建客户端:client#2 创建客户端:client#1 创建客户端:client#3 创建客户端:client#5 创建客户端:client#4 client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#3: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#2: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#4: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#1 关闭 client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#3: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#2: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#2 关闭 client#4: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#3: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#4: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#3 关闭 client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#4: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#4 关闭 client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... client#5: 我现在被选举为Leader!我开始工作了.... 客户端 client#5 关闭
LeaderSelectorListener类继承了ConnectionStateListener。一旦LeaderSelector启动,它会向curator客户端添加监听器。使用LeaderSelector必须时刻注意连接的变化。一旦出现连接问题如 SUSPENDED
,curator实例必须确保它不再是leader,直至它重新收到 RECONNECTED
。如果 LOST
出现,curator实例不再是 leader 并且其 takeLeadership()
应该直接退出。
推荐的做法是,如果发生 SUSPENDED
或者 LOST
连接问题,最好直接抛CancelLeadershipException,此时,leaderSelector实例会尝试中断并且取消正在执行 takeLeadership()
方法的线程。 建议扩展LeaderSelectorListenerAdapter,LeaderSelectorListenerAdapter中已经提供了推荐的处理方式 。
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