脑裂是什么？Zookeeper是如何解决的？

什么是脑裂

脑裂(split-brain)就是“大脑分裂”，也就是原本一个“大脑”被拆分了两个或多个“大脑”，咱们都知道，若是一我的有多个大脑，而且相互独立的话，那么会致使人体“手舞足蹈”，“不听使唤”。

脑裂一般会出如今集群环境中，好比ElasticSearch、Zookeeper集群，而这些集群环境有一个统一的特色，就是它们有一个大脑，好比ElasticSearch集群中有Master节点，Zookeeper集群中有Leader节点。

本篇文章着重来给你们讲一下Zookeeper中的脑裂问题，以及是若是解决脑裂问题的。

Zookeeper集群中的脑裂场景

对于一个集群，想要提升这个集群的可用性，一般会采用多机房部署，好比如今有一个由6台zkServer所组成的一个集群，部署在了两个机房：

正常状况下，此集群只会有一个Leader，那么若是机房之间的网络断了以后，两个机房内的zkServer仍是能够相互通讯的，若是不考虑过半机制，那么就会出现每一个机房内部都将选出一个Leader。

这就至关于本来一个集群，被分红了两个集群，出现了两个“大脑”，这就是脑裂。

对于这种状况，咱们也能够看出来，本来应该是统一的一个集群对外提供服务的，如今变成了两个集群同时对外提供服务，若是过了一会，断了的网络忽然联通了，那么此时就会出现问题了，两个集群刚刚都对外提供服务了，数据该怎么合并，数据冲突怎么解决等等问题。

刚刚在说明脑裂场景时，有一个前提条件就是没有考虑过半机制，因此实际上Zookeeper集群中是不会出现脑裂问题的，而不会出现的缘由就跟过半机制有关。

过半机制

在领导者选举的过程当中，若是某台zkServer得到了超过半数的选票，则此zkServer就能够成为Leader了。

过半机制的源码实现其实很是简单：

public class QuorumMaj implements QuorumVerifier {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(QuorumMaj.class);
    
    int half;
    
    // n表示集群中zkServer的个数（准确的说是参与者的个数，参与者不包括观察者节点）
    public QuorumMaj(int n){
        this.half = n/2;
    }

    // 验证是否符合过半机制
    public boolean containsQuorum(Set<Long> set){
        // half是在构造方法里赋值的
        // set.size()表示某台zkServer得到的票数
        return (set.size() > half);
    }
    
}

你们仔细看一下上面方法中的注释，核心代码就是下面两行：

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

举个简单的例子： 若是如今集群中有5台zkServer，那么half=5/2=2，那么也就是说，领导者选举的过程当中至少要有三台zkServer投了同一个zkServer，才会符合过半机制，才能选出来一个Leader。

那么有一个问题咱们想一下，选举的过程当中为何必定要有一个过半机制验证？ 由于这样不须要等待全部zkServer都投了同一个zkServer就能够选举出来一个Leader了，这样比较快，因此叫快速领导者选举算法呗。

那么再来想一个问题，过半机制中为何是大于，而不是大于等于呢？

这就是更脑裂问题有关系了，好比回到上文出现脑裂问题的场景：

当机房中间的网络断掉以后，机房1内的三台服务器会进行领导者选举，可是此时过半机制的条件是set.size() > 3，也就是说至少要4台zkServer才能选出来一个Leader，因此对于机房1来讲它不能选出一个Leader，一样机房2也不能选出一个Leader，这种状况下整个集群当机房间的网络断掉后，整个集群将没有Leader。

而若是过半机制的条件是set.size() >= 3，那么机房1和机房2都会选出一个Leader，这样就出现了脑裂。因此咱们就知道了，为何过半机制中是大于，而不是大于等于。就是为了防止脑裂。

若是假设咱们如今只有5台机器，也部署在两个机房：

此时过半机制的条件是set.size() > 2，也就是至少要3台服务器才能选出一个Leader，此时机房件的网络断开了，对于机房1来讲是没有影响的，Leader依然仍是Leader，对于机房2来讲是选不出来Leader的，此时整个集群中只有一个Leader。

因此，咱们能够总结得出，有了过半机制，对于一个Zookeeper集群，要么没有Leader，要没只有1个Leader，这样就避免了脑裂问题。

有痛点才有创新，一个技术确定都是为了解决某个痛点才出现的。

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