ZAB协议

ZAB协议是如何实现操作地顺序性的？

如果用一句话解释ZAB协议到底是什么，我觉得它是能保证操作顺序性的、基于主备模式的原子广播协议。
接下来，还是以指令X、Y为例具体演示一下，帮助你更好地理解为什么ZAB协议能实现操作的顺序性(为了演示，我们假设节点A为主节点，节点B、C为备份节点)。
首先，在ZAB协议中，写操作必须在主节点(比如节点A)上执行。如果客户端访问的节点是备份节点(比如节点B),则备份节点会将写请求转发给主节点，如图所示。
接着，当主节点接收到写请求后，它会基于写请求中的指令(也就是X、Y)来创建一个提案(Proposal)，并使用一个唯一的ID来标识这个提案。这里我说的唯一ID就是事务标识符(TransactionID,也就是zxid),如图所示
从图中可以看到，指令X、Y对应的事务标识符分别为<1,1>和<1,2>。这两个标识符是什么含义呢？
你可以这么理解，事务标识符是64位的long型变量，由任期编号epoch和计数器counter两部分组成(为了形象和方便理解，我把epoch翻译城任期编号)，格式为<epoch,counter>，其中，高32位位任期编号，低32位为计数器。
1.任期编号就是创建提案时领导者的任期编号，当新领导者当选时，任期编号递增，计数器被设置为零。比如，前领导者的任期编号为1，那么新领导者对应的任期编号将为2
2.计数器就是具体标识提案的整数，每次领导者创建新的提案时，计数器将递增。比如，前一个提案对应的计数器值为1，那么新的提案对应的计数器值将为2
为什么要设计这么复杂呢？因为事务标识符必须按照顺序、唯一标识一个提案，也就是说，事务标识符必须是唯一的、递增的。
在创建完提案之后，主节点会基于TCP协议并按照顺序将提案广播到其他节点，如图所示，这样就能保证先发送的消息先被收到，进而保证消息接收的顺序性。如图所示，指令X一定在指令Y之前到达节点B、C.
然后，当主节点接收到指定提案的大多数确认响应后，该提案将处于提交状态(Commited)，此时主节点会通知备份节点提交该提案，如图所示。
主节点提交提案是有顺序性的。它会根据事务标识大小顺序提交提案，如果前一个提案未提交，此时主节点是不会提交后一个提案的。也就是说，指令X一定会在指令Y之前提交。
最后，主节点返回执行成功的响应给节点B，由节点B再转发给客户端，这样我们就实现了操作的顺序性，保证了指令X一定在指令Y之前执行。
最后想补充的是，当执行完写操作后，接下来你可能需要执行读操作。为了提升读并发能力，ZooKeeper提供的是最终一致性，也就是说，读操作可以在任何节点上执行,如图所示，客户端会读到旧数据。如果客户端必须要读到最新数据，怎么办呢？ZooKeeper提供了一个解决办法，那就是sync命令。我们可以在执行读操作前执行sync命令，从而使客户端可以读到最新数据，如代码所示

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] create /geekbang 123
Created /geekbang
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 18] create /geekbang/time 456
Created /geekbang/time
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 19] sync /geekbang/time
Sync is OK
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 20] get /geekbang/time
456
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 22] stat /geekbang/time
cZxid = 0x51104
ctime = Sun May 05 15:46:28 CST 2024
mZxid = 0x51104
mtime = Sun May 05 15:46:28 CST 2024
pZxid = 0x51104
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 3
numChildren = 0

注意

ZAB协议的术语众多，而且有些术语表达的是同一个含义，它们有些在文档中出现，有些在代码中出现，你只有准确理解术语，才能更好地理解ZAB协议地原理。这里补充一些内容。

• 1.提案(Proposal):进行共识协商地基本单元，可以理解为操作(Operation)或指令(Command)，常出现在文档中
• 2.事务(Transaction):也是指提案，常出现代码中。比如，pRequest2Txn()将接收到的请求转换为事务；再比如，未提交提案会持久化存储在事务日志中。这里需要注意的是，这个术语很容易引起误解，因为它不是指更广泛被接受的含义，具有ACID特性的操作序列，而是仅仅指提案