选举算法汇总（redis、zookeeper、kafka）

1.redis 哨兵(sentinel)模式

背景：哨兵模式，节点类型包括master、slave、和sentinel，master-slave节点和主从模式的作用是相同的；多了sentinel节点提高服务的可用性和稳定性
触发原因：master(简称A节点)节点异常，当一个sentinel发现A节点ping异常，视为主观下线状态，并广播给其他sentinel，如果超过一定数量（可配置）的sentinel都视为主管下线，则节点A被置为客观下线；需要重新选出一个master节点。
目标：从节点A的slave节点中选择一个节点作为新的master
选举过程：
- 第一步选举出领头sentienl
  - 所有在线的sentinel都有资格当选领头sentinel
  - 每个sentinel在每轮配置纪元只能选举一次
  - 每个发现master下线的sentinel都要求其他sentinel将自己设置为领头sentinel
  - 先到先得：第一个要求某目标sentinel将自己设置为领头sentinel会成功，后来的请求会被拒绝
  - 如果某个sentinel被过半sentinel设置为了领头sentinel，那么这个sentinel将成为领头sentinel
  - 如果这轮没成功选出，纪元加1，进行下一轮
- 第二步领头sentinel从slave中选举出新master（是从该master的slave列表中选）
  - 删除不在线的slave
  - 删除5秒内没有和领头sentine通信的slave
  - 删除所有和已下线的master断开链接超过指定时间（可配置）的slave
  - 如果还剩多个，找到复制偏移量最大的slave（保证数据最新）
  - 如果复制偏移量最大的slave有多个，选择运行id最小的

2. redis 集群模式

背景：集群模式下节点也是master-salve结构，slave用于复制master节点，并在master节点下线后，代替master继续运行
触发原因：处理槽位的某个主节点未收到另外一个主节点的pong信息，将其标为疑似下线；当某个节点被半数以上处理槽位的主机点标记为疑似下线，则该节点被判定为客观下线。需要从其slave中选举一个新的master。
选举过程：
- 一个配置纪元表示一轮选举，配置纪元从0开始
- 当从节点发现其复制的主节点下线时，该从节点会广播一条信息，要求有投票权的主节点将自己选举为新的主节点
- 有投票权的主节点会将收到的第一个请求的从节点选举为主节点
- 若某个从节点被超过半数有投票权的主节点选举为主节点，则该从节点即成功新的主节点；否则进行下一轮

3. zookeeper的leader选举

背景：zookeeper集群节点有三种角色：leader、follower、observer；其中只有leader节点能处理事务性请求并管理集群；当leader节点下线时，需要从所有的follower节点中选择一个新的leader（其中observer不参与选择和事务投票，只用来扩展集群的非事务处理能力）。zookeeper选择了cp，舍弃了a
触发原因：leader节点下线，集群无法对外提供服务
选举过程：
- 所有follower节点都被设置为looking状态，表示要进行leader选举
- 所有的follower节点都向其他follower节点广播消息，消息中包含<myid, zxid>，其中myid是机器id；zxid是事务id
- 收到消息的follower节点将收到的zxid和自己的zxid对比，选择zxid大的；如果zxid一样，则选择myid大的，然后将<myid, zxid>重新广播出去
- 统计投票，如果某个follower被半数以上follower选择，则该follower将成为新的leader
- 改变服务器状态，分别对应为leading、following，集群开始对外服务。

4.kafka 优先副本选举

背景：kafka每个分区有多个副本，包括一个leader副本和多个follow副本，且每个副本分配在不同的broker上，保证可靠性。只有leader副本对外提供读写服务，follow副本用来同步leader副本；因此一旦leader副本不可用，该分区就不可用；leader副本坐在的节点叫做leader节点；follow副本所在的节点叫做follow节点；优先副本即AR集合中的第一个副本；
触发原因：刚开始各分区的leader副本均衡分布在各个节点，保证集群负载的均衡性；但随着节点的上下线，这种平衡被逐渐打破，导致负载不均衡；当不均衡达到设置的阈值时（即某个broker的非优先副本的leader个数/副本数 > 10%）,需要进行优先副本选举，以达到分区平衡。
选举过程：
- 生成环境不建议打开优先副本选举的开关，防止对线上产生影响；建议在合适的时机进行手动操作，实现分区平衡。