Leader選舉是ZooKeeper中最重要的技術之一，也是保證分散式資料一致性的關鍵所在。

1.leader選舉

         Leader選舉主要分為伺服器啟動時期的Leader選舉和伺服器執行期間的Leader選舉。以下是兩種情況的選舉大致步驟。

伺服器啟動時期的Leader選舉

1.每個Server會發出一個投票：投票包含要選舉的伺服器的SID和ZXID等資訊，將這個投票傳送給叢集中其它所有機器。

2.接收來自各個伺服器的投票：每個伺服器都會接收來自其它伺服器的投票。叢集中的每個伺服器在接收到投票後，首先會判斷該投票的有效性，包括檢查是否是本輪投票、是否來自LOOKING狀態的伺服器。

3.處理投票：在收到來自其它伺服器的有效投票後，針對每一個投票，伺服器都需要將別人的投票和自己的投票按規則進行投票。

4.統計投票：每次投票後，伺服器都會統計所有投票，判斷是否已經有過半的及其接收到相同的投票資訊，確認Leader。

5.改變伺服器狀態：一旦確定了Leader，每個伺服器就會更新自己的狀態：如果是Follower，那麼就變更為FOLLOWING，如果是Leader，就變更為LEADING。

伺服器執行期間的Leader選舉

        這種情況只有在原有的Leader伺服器掛了，才會進入新一輪的選舉。大致流程如下：

1.變更狀態：當Leader掛了之後，餘下的非Observer伺服器（Observer伺服器不參與投票，Observer伺服器的主要作用就是為了緩解讀的壓力）都會將自己的伺服器狀態變更為LOOKING，然後開始進入Leader選舉流程。

2.每個Server會發出一個投票。

3.接收來自各個伺服器的投票。

4.處理投票。

5.統計投票。

6.改變伺服器狀態。

        觀察上面兩種情況的流程可以看出，兩者就是第一步存在不同，執行期間進入選舉，需要進行狀態的變更。

2.Leader選舉的演算法分析與具體實現

        Leader選舉演算法主要是PK階段的實現。因為投票資訊包含了兩個最基本的資訊：推選的伺服器的SID和ZXID，分別代表了被推選伺服器的唯一標識和最新事務ID.當叢集中每臺機器發出自己的投票後，也會接收到來自叢集中其它機器的投票。每次對於收到的投票的處理。

1.如果接收到的投票的ZXID大於當前機器的ZXID，則將接收到的投票變更成自己的投票再次發出去。

2.如果接收到的投票的ZXID小於當前機器的ZXID，不作任何變更。

3.如果兩者的ZXID相等，則選擇SID大的作為Leader。

        以上是Leader選舉演算法的核心規則，以下便是該演算法在ZooKeeper中是如何實現的。

         首先，先了解一下伺服器的幾個狀態：

LOOKING：尋找Leader狀態。

FOLLOWING：跟隨者狀態，表明當前伺服器角色是Follower

LEADING：領導者狀態，表明當前伺服器角色是Leader。

OBSERVING：觀察者狀態，表明當前伺服器角色是Observer。

        在Leader選舉過程中，QuorumCnxManager負責各臺伺服器之間的底層Leader選舉過程中的網路通訊。每臺伺服器啟動的時候，都會啟動一個QuorumCnxManager。

訊息佇列

        QuorumCnxManager內部維護了一系列的佇列和集合。

recvQueue:訊息接收佇列，用於存放那些從其它伺服器接收的訊息。

queueSendMap：訊息傳送佇列，是一個Map，key為伺服器的SID，值分別為SID對應的機器分配的一個單獨佇列。

senderWorkerMap：傳送器集合。key為伺服器的SID，值為每個伺服器對應的SendWorker訊息傳送器。

lastMessageSent：最近傳送過的訊息集合，這個集合為每個SID保留最近傳送過的一個訊息。

訊息接收與傳送

        首先ZooKeeper叢集中的所有機器需要兩兩建立起網路連線。開啟埠監聽後，ZooKeeper就不斷地接收到來自其它伺服器的"建立連線"請求，在接收到其它伺服器的TCP連線請求時，會交由receiveConnection函式來處理。為了避免兩臺機器之間重複地建立TCP連線，ZooKeeper設計了一種TCP連線的規則：只允許SID大的伺服器主動和其它伺服器建立連線，否則斷開連線。建立起連線之後，就會根據遠端伺服器的SID來建立相應的訊息傳送器SendWorker和訊息接收器RecvWorker，並啟動他們。

        ZooKeeper會為每個遠端伺服器分配一個RecvWorker，而每個RecvWorker從這個TCP連結中讀取訊息，並將其儲存到recvQueue佇列中。同時，ZooKeeper為每個遠端伺服器單獨分配了訊息傳送器SendWorker，每個SendWorker不斷地從對應的訊息傳送佇列中獲取出一個訊息傳送，並將這個訊息放入lastMessageSent中來作為最近傳送過的訊息。注意：如果ZooKeeper發現針對當前遠端伺服器的訊息傳送佇列為空，那麼這個時候需要從lastMessageSent中取出一個最近傳送過的訊息來進行再次傳送。

        而進行選舉的核心演算法是基於TCP的FastLeaderElection演算法。WorkerReceiver不斷地從QuorumCnxManager中獲取出其它伺服器發來的選舉訊息，並將其轉換成一個選票，然後儲存到recvqueue佇列中去。在選票的接收過程中，如果發現該外部投票的接收過程中，如果發現該外部投票的選舉輪次小於當前伺服器，就直接忽略這個外部投票，同時立即發出自己的內部投票；當前伺服器不是LOOKING狀態，忽略這個外部投票，將Leader資訊以投票的形式傳送出去；如果接收到的訊息來自Observer伺服器，就忽略該訊息，並把自己當前的投票傳送出去。而WorkerSender會不斷地從sendqueue佇列中獲取待發送的選票，並將其傳遞到底層QuorumCnxManager中去。然後根據對應的接收到的選票按照規則進行處理，直到選出Leader。