腦裂是什麼？Zookeeper是如何解決的？

什麼是腦裂

腦裂(split-brain)就是「大腦分裂」，也就是原本一個「大腦」被拆分了兩個或多個「大腦」，咱們都知道，若是一我的有多個大腦，而且相互獨立的話，那麼會致使人體「手舞足蹈」，「不聽使喚」。

腦裂一般會出如今集羣環境中，好比ElasticSearch、Zookeeper集羣，而這些集羣環境有一個統一的特色，就是它們有一個大腦，好比ElasticSearch集羣中有Master節點，Zookeeper集羣中有Leader節點。

本篇文章着重來給你們講一下Zookeeper中的腦裂問題，以及是若是解決腦裂問題的。

Zookeeper集羣中的腦裂場景

對於一個集羣，想要提升這個集羣的可用性，一般會採用多機房部署，好比如今有一個由6臺zkServer所組成的一個集羣，部署在了兩個機房：

正常狀況下，此集羣只會有一個Leader，那麼若是機房之間的網絡斷了以後，兩個機房內的zkServer仍是能夠相互通訊的，若是不考慮過半機制，那麼就會出現每一個機房內部都將選出一個Leader。

這就至關於本來一個集羣，被分紅了兩個集羣，出現了兩個「大腦」，這就是腦裂。

對於這種狀況，咱們也能夠看出來，本來應該是統一的一個集羣對外提供服務的，如今變成了兩個集羣同時對外提供服務，若是過了一會，斷了的網絡忽然聯通了，那麼此時就會出現問題了，兩個集羣剛剛都對外提供服務了，數據該怎麼合併，數據衝突怎麼解決等等問題。

剛剛在說明腦裂場景時，有一個前提條件就是沒有考慮過半機制，因此實際上Zookeeper集羣中是不會出現腦裂問題的，而不會出現的緣由就跟過半機制有關。

過半機制

在領導者選舉的過程當中，若是某臺zkServer得到了超過半數的選票，則此zkServer就能夠成爲Leader了。

過半機制的源碼實現其實很是簡單：

public class QuorumMaj implements QuorumVerifier {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(QuorumMaj.class);
    
    int half;
    
    // n表示集羣中zkServer的個數（準確的說是參與者的個數，參與者不包括觀察者節點）
    public QuorumMaj(int n){
        this.half = n/2;
    }

    // 驗證是否符合過半機制
    public boolean containsQuorum(Set<Long> set){
        // half是在構造方法裏賦值的
        // set.size()表示某臺zkServer得到的票數
        return (set.size() > half);
    }
    
}
複製代碼

你們仔細看一下上面方法中的註釋，核心代碼就是下面兩行：

this.half = n/2;
return (set.size() > half);
複製代碼

舉個簡單的例子： 若是如今集羣中有5臺zkServer，那麼half=5/2=2，那麼也就是說，領導者選舉的過程當中至少要有三臺zkServer投了同一個zkServer，纔會符合過半機制，才能選出來一個Leader。

那麼有一個問題咱們想一下，選舉的過程當中爲何必定要有一個過半機制驗證？ 由於這樣不須要等待全部zkServer都投了同一個zkServer就能夠選舉出來一個Leader了，這樣比較快，因此叫快速領導者選舉算法唄。

那麼再來想一個問題，過半機制中爲何是大於，而不是大於等於呢？

這就是更腦裂問題有關係了，好比回到上文出現腦裂問題的場景：

當機房中間的網絡斷掉以後，機房1內的三臺服務器會進行領導者選舉，可是此時過半機制的條件是set.size() > 3，也就是說至少要4臺zkServer才能選出來一個Leader，因此對於機房1來講它不能選出一個Leader，一樣機房2也不能選出一個Leader，這種狀況下整個集羣當機房間的網絡斷掉後，整個集羣將沒有Leader。

而若是過半機制的條件是set.size() >= 3，那麼機房1和機房2都會選出一個Leader，這樣就出現了腦裂。因此咱們就知道了，爲何過半機制中是大於，而不是大於等於。就是爲了防止腦裂。

若是假設咱們如今只有5臺機器，也部署在兩個機房：

此時過半機制的條件是set.size() > 2，也就是至少要3臺服務器才能選出一個Leader，此時機房件的網絡斷開了，對於機房1來講是沒有影響的，Leader依然仍是Leader，對於機房2來講是選不出來Leader的，此時整個集羣中只有一個Leader。

因此，咱們能夠總結得出，有了過半機制，對於一個Zookeeper集羣，要麼沒有Leader，要沒只有1個Leader，這樣就避免了腦裂問題。

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