分布式系统选举算法解析：Zookeeper, Redis, MongoDB, Cassandra

"陈琮昊的分布式系统作业，讨论了Zookeeper、Redis、MongoDB和Cassandra这四个软件的选举算法。 在分布式系统中，选举算法是确保服务高可用性和数据一致性的关键组件。以下是各软件的选举策略： 1. **Zookeeper选举算法**： Zookeeper使用基于Zxid（事务ID）的选举机制。Zxid是一个64位的数字，高32位代表epoch（纪元），低32位代表事务序列号。当服务器启动或与Leader失去联系时，选举过程开始： - **初始化启动**：所有服务器广播它们的(myid, Zxid)对，myid是服务器的唯一标识，Zxid表示该服务器处理过的最大事务ID。服务器接收投票并根据Zxid大小比较，优先选择Zxid更大的服务器作为Leader。如果Zxid相同，则myid较大的服务器被选中。 - **运行期间**：如果Leader故障，其余服务器变为LOOKING状态，重新执行上述选举流程，直到超过半数服务器同意同一台服务器成为新的Leader。 2. **Redis选举算法**： Redis使用哨兵（Sentinel）系统来监控主从结构。当Master服务器出现故障，Sentinel会触发选举： - **哨兵监控**：当一个Slave发现其Master失效，它会发起一个选举请求，增加当前的currentEpoch并广播给其他节点。 - **合法性验证**：其他节点收到请求后，只有Master会回应并确认请求者的合法性。如果超过半数Master同意，发起选举的Slave可以晋升为新的Master。 - **角色转换**：新的Master会广播此信息，其他节点相应地更新它们的角色，从Slave转变为新的Master的Slave。 3. **MongoDB选举算法**： MongoDB使用名为Raft的选举算法，与Zookeeper类似，也是基于日志条目的顺序。在复制集里，当Primary（主节点）失败或不可用时，Secondary（从节点）会尝试成为新的Primary： - **Primary失效**：Secondary检测到Primary无法通信，开始竞选新Primary，通过发送投票请求给其他节点。 - **投票和确认**：每个节点根据日志的最新状态投票，多数票胜出。获得多数票的节点成为新Primary。 - **角色切换**：当选节点切换为Primary，其他节点则更新为Secondary，并开始同步新Primary的数据。 4. **Cassandra选举算法**： Cassandra使用Gossip协议来发现和传播节点状态，选举是通过Gossip协议和Lease Renewal机制进行的： - **节点状态传播**：节点间周期性交换信息，包括健康状态、角色等，用于检测故障。 - **故障检测**：如果一个节点长时间未收到另一节点的消息，它会被标记为下线，此时可能触发选举。 - **新领导者选举**：在一个环形结构中，最近的存活节点可能成为新的领导者，但具体的选举细节可能因Cassandra版本而异，可能涉及Token Ring的概念。 这些选举算法的设计目标都是为了在节点故障时快速恢复服务，同时保证数据的一致性。理解这些算法的工作原理对于管理和优化分布式系统的性能至关重要。