Linux zookeeper通過其獨特的ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast，原子廣播）協議來保障數據一致性。ZAB協議是ZooKeeper用來在分布式環境中維護數據一致性的核心機制。它通過以下幾個關鍵特性來確保數據的一致性：
ZAB協議概述
- 原子性：ZAB協議確保所有節點在同一時間內對數據的修改要么全部成功，要么全部失敗，從而保證數據的一致性。
- 一致性：在分布式環境中，ZAB協議通過領導者-追隨者架構來確保所有節點上的數據視圖是一致的。
- 實時性：ZAB協議能夠確保客戶端能夠及時讀取到最新的數據狀態。
ZAB協議的工作原理
- 寫操作過程：
- 客戶端將寫請求發送到leader節點。
- leader節點將寫請求通過proposal請求廣播到所有follower節點。
- 當超過半數的follower節點確認接收到數據并寫入本地磁盤后，leader節點會發送commit消息給所有節點。
- 節點接收到commit消息后，將數據更新寫入內存，并使更改對客戶端可見。
- 崩潰恢復機制：
- 如果leader節點在發送commit消息之前宕機，新的leader節點啟動后會檢查是否存在未commit的消息。
- 如果有未commit的消息，新leader會檢查其他follower節點是否已經commit這些消息。
- 如果有過半的節點已經commit，新leader會完成commit操作，否則回滾未commit的消息。
- 消息重傳和順序保證：
- 如果客戶端發送的消息在leader節點上寫入后，leader節點在發送proposal消息之前宕機，那么這條消息對客戶端來說是寫失敗的。
- 當leader節點恢復后，如果它變成了follower節點，它會檢查自己的磁盤上的未commit消息。
- 通過消息的編號（zxid），follower節點可以確定leader是否已經切換，并刪除未commit的消息，然后從新的leader同步數據，從而保證數據的一致性。
ZAB協議與Paxos算法的關聯
雖然ZAB協議是ZooKeeper特有的，但其核心思想與Paxos算法有相似之處。Paxos算法也是通過多個節點之間的投票和協商過程來確保在大多數節點同意的情況下，選擇出一個唯一的值。在ZooKeeper中，通過將發起提案的權利集中在leader節點上，可以有效地減少并發寫操作帶來的沖突，從而保證數據的一致性。
通過ZAB協議，ZooKeeper能夠在分布式環境中提供強一致性的保證，這對于需要高可用性和數據一致性的關鍵業務應用至關重要。
