ZooKeeper 04 - ZooKeeper 集群的节点为什么必须是奇数个

目录

• 1 - 关于节点个数的说明
• 2 - ZooKeeper 集群的容错数
• 3 - ZooKeeper 集群可用的标准
• 4 - 为什么不能是偶数个节点
  • 4.1 防止由脑裂造成的集群不可用
  • 4.2 奇数个节点更省资源
  • 4.3 偶数个节点遇到的其他问题
• 参考资料
• 版权声明

首发于 2018-12-08，修改于 2021-12-06。

1 - 关于节点个数的说明

ZooKeeper 的单机服务 (也就是单节点，或着单进程) 虽然便于开发与测试，但并不适合在生产环境使用 —— 生产环境中为了服务的高可用以及容错性，建议使用 ZooKeeper 集群模式.

ZooKeeper 集群中，建议部署奇数个 ZooKeeper节点（或进程） —— 大多数情况下，3个节点就足够了。

节点个数并不是越多越好 —— 节点越多，节点间通信所需的时间就会越久，选举 Leader 时需要的时间也会越久。

2 - ZooKeeper 集群的容错数

ZooKeeper 集群中，在保证集群可用的前提下，最多允许挂掉的节点个数，即为 ZooKeeper 集群的容错数，也叫集群的容忍度。

为了集群中 Leader 节点的选举，允许挂掉的节点个数 < 剩余的存活节点个数 —— 剩余的存活节点个数必须大于n/2，n为总节点个数。

2n 和 2n-1(n>1) 个节点的集群的容错数都是 n-1。比如：

• 5个节点中，最多允许挂掉2个，因为剩余的3个节点大于5/2；
• 6个节点中，最多允许挂掉2个，因为剩余的4个节点大于6/2。

3 - ZooKeeper 集群可用的标准

集群模式（包括伪集群模式，即在一台服务器上部署多个 ZooKeeper 进程）下，遵循 “过半存活即可用” 的原则：

(1) 集群中超过一半的节点（或进程）可以正常工作，集群就是对外可以用的。示例：

• 2个节点的 ZooKeeper 集群：当 leader （主）节点挂掉，还活跃着的 follower（随从）节点的数量为1，没有超过集群总数的一半（即2/2=1），所以此时集群就无法对外提供服务 —— 2个节点的集群容错数为0。
• 3个节点的 ZooKeeper 集群：当 leader （主）节点挂掉，还活跃着的 follower（随从）节点的数量为2，就能再次选出 leader 对外提供服务 —— 容错数为1。
• 同样的，5个节点的 ZooKeeper 集群最多允许2个主节点挂掉 —— 容错数为2。

(2) ZooKeeper 写操作成功的标志：

leader 节点负责 ZooKeeper 集群的写操作，它会通知所有 follower 节点执行写操作，只有收到半数以上 follower 节点的成功反馈，写操作才算成功.
如果2个节点的 ZooKeeper 集群，就必须2个节点都写成功，才能算操作成功。

4 - 为什么不能是偶数个节点

4.1 防止由脑裂造成的集群不可用

关于 ZooKeeper 集群的脑裂，请参看：ZooKeeper 05 - ZooKeeper 集群的脑裂问题 (Split Brain问题)

举例说明：

(1) 假如：集群有 5 个节点，发生了脑裂，脑裂成了 A、B 两个小集群：

(a) 小集群 A：1个节点，小集群 B：4个节点，或A、B互换
(b) 小集群 A：2个节点，小集群 B：3个节点，或A、B互换

上面两种情况下，A、B 中总会有一个小集群满足 可用节点数量 > 总节点数量/2 ，所以集群仍然能选举出 leader，仍然能对外提供服务。

(2) 假如：集群有4个节点，同样发生脑裂，脑裂成了 A、B 两个小集群：

(a) 小集群 A：1个节点，小集群 B：3个节点，或 A、B互换 
(b) 小集群 A：2个节点，小集群 B：2个节点

上述情况 (a) 满足选举条件，而情况(b)不满足，此时集群就彻底不能提供服务了。

(3) 总结：

• 节点数量为奇数个，只要不出现过半的节点失效，集群就总能对外提供服务；
• 节点数量是偶数个，如果有一半的节点失效，就可能存在集群可用(脑裂成两个均等的子集群)。

4.2 奇数个节点更省资源

原则上 ZooKeeper 集群中可以有偶数个节点，但其容错数并不会提高，反而降低了集群间的通信效率，也浪费了资源。

—— 即：容错能力相同时，奇数个节点更节省资源.

4.3 偶数个节点遇到的其他问题

博主测试过2个和4个节点的 ZooKeeper 集群，基于这个前提总结出下述问题：

(1) 分布式环境下，ZooKeeper 集群容易受到网络、系统调度等因素的影响；

(2) 2个 ZooKeeper 节点的集群中：

• 如果1个 ZooKeeper 节点挂掉，剩下的1个节点并不能满足“过半存活”的原则，所以集群将不可用；
• 2个节点的集群比单机模式更不可靠 —— 2个节点中至少1个节点出错的概率比单节点出错的概率大；

(3) 4个节点的 ZooKeeper 集群中，第4个节点不能成功启动，ZooKeeper 会强制 JVM 抛出如下错误：

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.

参考资料

zookeeper节点为什么是奇数个？

zookeeper集群奇偶数节点问题

Zookeeper集群节点数量为什么要是奇数个？

版权声明

作者：瘦风(https://healchow.com)

出处：博客园-瘦风的南墙(https://www.cnblogs.com/shoufeng)

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