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”，也就是本来一个“大脑”被拆分了两个或多个“大脑”，我们都知道，如果一个人有多个大脑，并且相互独立的话，那么会导致人体“手舞足蹈”，“不听使唤”。

脑裂通常会出现在集群环境中，比如elasticsearch、zookeeper集群，而这些集群环境有一个统一的特点，就是它们有一个大脑，比如elasticsearch集群中有master节点，zookeeper集群中有leader节点。

本篇文章着重来给大家讲一下zookeeper中的脑裂问题，以及是如果解决脑裂问题的。

zookeeper集群中的脑裂场景

对于一个集群，想要提高这个集群的可用性，通常会采用多机房部署，比如现在有一个由6台zkserver所组成的一个集群，部署在了两个机房：

正常情况下，此集群只会有一个leader，那么如果机房之间的网络断了之后，两个机房内的zkserver还是可以相互通信的，如果不考虑过半机制，那么就会出现每个机房内部都将选出一个leader。

这就相当于原本一个集群，被分成了两个集群，出现了两个“大脑”，这就是脑裂。

对于这种情况，我们也可以看出来，原本应该是统一的一个集群对外提供服务的，现在变成了两个集群同时对外提供服务，如果过了一会，断了的网络突然联通了，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，所以实际上zookeeper集群中是不会出现脑裂问题的，而不会出现的原因就跟过半机制有关。

过半机制

在领导者选举的过程中，如果某台zkserver获得了超过半数的选票，则此zkserver就可以成为leader了。

过半机制的源码实现其实非常简单：

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获得的票数
        return (set.size() > half);
    }
    
}

大家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：
如果现在集群中有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。

那么有一个问题我们想一下，选举的过程中为什么一定要有一个过半机制验证？
因为这样不需要等待所有zkserver都投了同一个zkserver就可以选举出来一个leader了，这样比较快，所以叫快速领导者选举算法呗。

那么再来想一个问题，过半机制中为什么是大于，而不是大于等于呢？

这就是更脑裂问题有关系了，比如回到上文出现脑裂问题的场景：

当机房中间的网络断掉之后，机房1内的三台服务器会进行领导者选举，但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，所以对于机房1来说它不能选出一个leader，同样机房2也不能选出一个leader，这种情况下整个集群当机房间的网络断掉后，整个集群将没有leader。

而如果过半机制的条件是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。所以我们就知道了，为什么过半机制中是大于，而不是大于等于。就是为了防止脑裂。

如果假设我们现在只有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来说是没有影响的，leader依然还是leader，对于机房2来说是选不出来leader的，此时整个集群中只有一个leader。

所以，我们可以总结得出，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，一个技术肯定都是为了解决某个痛点才出现的。

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