ZooKeeper 04 – ZooKeeper 集群的節點為什麼必須是奇數個

• 2021 年 12 月 6 日
• 筆記
• 11 - ZooKeeper, zookeeper, 腦裂, 高可用

首發於 2018-12-08，修改於 2021-12-06。

1 – 關於節點個數的說明

ZooKeeper 的單機服務 (也就是單節點，或著單進程) 雖然便於開發與測試，但並不適合在生產環境使用 —— 生產環境中為了服務的高可用以及容錯性，建議使用 ZooKeeper 集群模式.

ZooKeeper 集群中，建議部署奇數個 ZooKeeper節點（或進程） —— 大多數情況下，3個節點就足夠了。

節點個數並不是越多越好 —— 節點越多，節點間通訊所需的時間就會越久，選舉 Leader 時需要的時間也會越久。

2 – ZooKeeper 集群的容錯數

ZooKeeper 集群中，在保證集群可用的前提下，最多允許掛掉的節點個數，即為 ZooKeeper 集群的容錯數，也叫集群的容忍度。

為了集群中 Leader 節點的選舉，允許掛掉的節點個數 < 剩餘的存活節點個數 —— 剩餘的存活節點個數必須大於n/2，n為總節點個數。

2n 和 2n-1(n>1) 個節點的集群的容錯數都是 n-1。比如：

• 5個節點中，最多允許掛掉2個，因為剩餘的3個節點大於5/2；
• 6個節點中，最多允許掛掉2個，因為剩餘的4個節點大於6/2。

3 – ZooKeeper 集群可用的標準

集群模式（包括偽集群模式，即在一台伺服器上部署多個 ZooKeeper 進程）下，遵循 「過半存活即可用」 的原則：

(1) 集群中超過一半的節點（或進程）可以正常工作，集群就是對外可以用的。示例：

• 2個節點的 ZooKeeper 集群：當 leader （主）節點掛掉，還活躍著的 follower（隨從）節點的數量為1，沒有超過集群總數的一半（即2/2=1），所以此時集群就無法對外提供服務 —— 2個節點的集群容錯數為0。
• 3個節點的 ZooKeeper 集群：當 leader （主）節點掛掉，還活躍著的 follower（隨從）節點的數量為2，就能再次選出 leader 對外提供服務 —— 容錯數為1。
• 同樣的，5個節點的 ZooKeeper 集群最多允許2個主節點掛掉 —— 容錯數為2。

(2) ZooKeeper 寫操作成功的標誌：

leader 節點負責 ZooKeeper 集群的寫操作，它會通知所有 follower 節點執行寫操作，只有收到半數以上 follower 節點的成功回饋，寫操作才算成功.
如果2個節點的 ZooKeeper 集群，就必須2個節點都寫成功，才能算操作成功。

4 – 為什麼不能是偶數個節點

4.1 防止由腦裂造成的集群不可用

關於 ZooKeeper 集群的腦裂，請參看：ZooKeeper集群的腦裂問題 (Split Brain問題)

舉例說明：

(1) 假如：集群有 5 個節點，發生了腦裂，腦裂成了 A、B 兩個小集群：

(a) 小集群 A：1個節點，小集群 B：4個節點，或A、B互換
(b) 小集群 A：2個節點，小集群 B：3個節點，或A、B互換

上面兩種情況下，A、B 中總會有一個小集群滿足 可用節點數量 > 總節點數量/2 ，所以集群仍然能選舉出 leader，仍然能對外提供服務。

(2) 假如：集群有4個節點，同樣發生腦裂，腦裂成了 A、B 兩個小集群：

(a) 小集群 A：1個節點，小集群 B：3個節點，或 A、B互換 
(b) 小集群 A：2個節點，小集群 B：2個節點

上述情況 (a) 滿足選舉條件，而情況(b)不滿足，此時集群就徹底不能提供服務了。

(3) 總結：

• 節點數量為奇數個，只要不出現過半的節點失效，集群就總能對外提供服務；
• 節點數量是偶數個，如果有一半的節點失效，就可能存在集群可用(腦裂成兩個均等的子集群)。

4.2 奇數個節點更省資源

原則上 ZooKeeper 集群中可以有偶數個節點，但其容錯數並不會提高，反而降低了集群間的通訊效率，也浪費了資源。

—— 即：容錯能力相同時，奇數個節點更節省資源.

4.3 偶數個節點遇到的其他問題

部落客測試過2個和4個節點的 ZooKeeper 集群，基於這個前提總結出下述問題：

(1) 分散式環境下，ZooKeeper 集群容易受到網路、系統調度等因素的影響；

(2) 2個 ZooKeeper 節點的集群中：

• 如果1個 ZooKeeper 節點掛掉，剩下的1個節點並不能滿足「過半存活」的原則，所以集群將不可用；
• 2個節點的集群比單機模式更不可靠 —— 2個節點中至少1個節點出錯的概率比單節點出錯的概率大；

(3) 4個節點的 ZooKeeper 集群中，第4個節點不能成功啟動，ZooKeeper 會強制 JVM 拋出如下錯誤：

Error occurred during initialization of VM
Unable to allocate 983040KB bitmaps for parallel garbage collection for the requested 31457280KB heap.
Error: Could not create the Java Virtual Machine.
Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

參考資料

zookeeper節點為什麼是奇數個？

zookeeper集群奇偶數節點問題

Zookeeper集群節點數量為什麼要是奇數個？

版權聲明

作者：瘦風(//healchow.com)

出處：部落格園-瘦風的南牆(//www.cnblogs.com/shoufeng)

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