11.5.4 Zab协议阶段：发现、同步与广播

Zab（ZooKeeper Atomic Broadcast）在选举完成后进入稳定运行，其核心目标是在主从架构下实现全局有序、可恢复的事务广播。Zab运行分为发现（Discovery）、同步（Synchronization）与广播（Broadcast）三阶段，构成从新Leader确立到对外稳定服务的完整路径。

1. 发现阶段（Discovery）#

目的：确认新Leader权威、形成法定集合、建立新epoch。

关键动作：
- Follower向Leader发送FOLLOWERINFO，携带本地最新ZXID。
- Leader统计多数派，生成新epoch并广播给Follower。

示例：日志与状态观察

# 在Leader上查看选举与发现阶段日志（路径以发行版为准）
sudo tail -n 100 /var/log/zookeeper/zookeeper.out

# 典型日志片段（示例）
# INFO - leader elected, epoch=5
# INFO - FOLLOWERINFO received from server.3 zxid=0x50000012
# INFO - new epoch 5 established

命令解释：
- tail -n 100：查看最近100行日志，验证是否进入新epoch。
- 关注关键词：leader elected、FOLLOWERINFO、new epoch。

2. 同步阶段（Synchronization）#

目的：对齐日志与数据状态，让多数Follower具备一致前缀。

关键动作：
- Leader选择同步策略：Diff（增量）、Trunc（回滚）、Snap（快照全量）。
- Follower完成日志回放或加载快照后进入可提交状态。

示例：强制触发快照与观察同步

# 触发一次快照（4字命令，需在zoo.cfg中启用）
echo srvr | nc 127.0.0.1 2181

# 查看数据目录和日志目录（以默认路径为例）
ls -lh /var/lib/zookeeper
ls -lh /var/lib/zookeeper/version-2

# 观察最新snapshot与log文件
# snapshot.50000015
# log.50000010

命令解释：
- srvr：查看服务角色与ZXID，判断同步是否完成。
- snapshot.*：快照文件；log.*：事务日志。

排错要点：
- 同步耗时过长：检查磁盘IO、快照过大、snapCount过高。
- Follower反复Trunc：怀疑网络抖动或磁盘损坏导致日志不一致。

3. 广播阶段（Broadcast）#

目的：Leader处理写请求并提交到多数派，形成全序事务。

关键动作：
- Leader生成新ZXID并写入日志。
- 发送PROPOSAL给Follower，收到多数派ACK后发送COMMIT。

示例：写入与提交观察

# 使用zkCli写入一个节点
/opt/zookeeper/bin/zkCli.sh <<'EOF'
create /zab_test "v1"
get /zab_test
EOF

# 使用四字命令查看统计信息
echo mntr | nc 127.0.0.1 2181 | egrep "zk_server_state|zk_zxid|zk_avg_latency"

命令解释：
- create /zab_test "v1"：触发写请求。
- mntr：查看当前角色与ZXID变化，验证广播提交。

4. 阶段切换的关键条件#

发现 → 同步：形成法定集合并确定新epoch。
同步 → 广播：Leader确认多数Follower完成同步。
同步未完成的节点不会对外提供写服务，确保一致性不被破坏。

5. 运维与故障视角的关注点#

常见现象与定位：
- 频繁进入发现/同步：网络抖动或心跳超时。
- 同步时间过长：日志过大或磁盘IO瓶颈。
- 广播延迟高：多数派ACK响应慢、Follower压力过高。

快速检查命令：

# 检查当前节点角色与延迟
echo srvr | nc 127.0.0.1 2181

# 观察会话数量与延迟
echo stat | nc 127.0.0.1 2181

6. 原理草图（读写与广播）#

sequenceDiagram
    participant C as Client
    participant L as Leader
    participant F1 as Follower1
    participant F2 as Follower2

    C->>L: write /x=v
    L->>L: log(ZXID)
    L->>F1: PROPOSAL
    L->>F2: PROPOSAL
    F1-->>L: ACK
    F2-->>L: ACK
    L->>F1: COMMIT
    L->>F2: COMMIT
    L-->>C: OK

7. 练习与验证#

验证发现阶段：重启Leader，观察日志中的new epoch与FOLLOWERINFO。
验证同步策略：删除Follower日志目录后重启，观察快照同步触发。
验证广播提交：连续写入100个节点，观察zk_zxid单调递增。

练习命令示例：

# 批量写入100个节点
/opt/zookeeper/bin/zkCli.sh <<'EOF'
for i in {1..100}; do
  create /batch_$i "v$i"
done
EOF

# 观察ZXID变化
echo mntr | nc 127.0.0.1 2181 | egrep "zk_zxid"