zookeeper 分布式服務架構是 apache hadoop 的一個子項目，
它主要是用來解決分布式應用中經常遇到的一些資料管理問題，如：統一命名服務、狀态同步服務、叢集管理、分布式應用配置項的管理等。
zookeeper 采用paxos一緻性算法保證了資料的一緻性，paxos算法是一種基于消息傳遞且具有高度容錯特性的一緻性算法。
想要更好的了解paxos算法，可以關注知乎的這個問題
<a href="http://www.zhihu.com/question/19787937" target="_blank">如何淺顯易懂地解說 paxos 的算法？</a>
zookeeper的核心是原子廣播，這個機制保證了各個server之間的同步。實作這個機制的協定叫做zab協定。zab協定有兩種模式，它們分别是恢複模式（選主）和廣播模式（同步）。當服務啟動或者在上司者崩潰後，zab就進入了恢複模式，當上司者被選舉出來，且大多數server完成了和leader的狀态同步以後，恢複模式就結束了。狀态同步保證了leader和server具有相同的系統狀态。
在分布式應用中，由于工程師不能很好地使用鎖機制，
以及基于消息的協調機制不适合在某些應用中使用，是以需要有一種可靠的、可擴充的、分布式的、可配置的協調機制來統一系統的狀态。
zookeeper緻力于下面的幾個目标：
最終一緻性：client不論連接配接到哪個server，展示給它都是同一個視圖，這是zookeeper最重要的性能。
可靠性：具有簡單、健壯、良好的性能，如果消息m被到一台伺服器接受，那麼它将被所有的伺服器接受。
實時性：
zookeeper保證用戶端将在一個時間間隔範圍内獲得伺服器的更新資訊，或者伺服器失效的資訊。但由于網絡延時等原因，zookeeper不能保證兩個用戶端能同時得到剛更新的資料，如果需要最新資料，應該在讀資料之前調用sync()接口。
等待無關（wait-free）：
慢的或者失效的client不得幹預快速的client的請求，使得每個client都能有效的等待。
原子性：更新隻能成功或者失敗，沒有中間狀态。
順序性：包括全局有序和偏序兩種：全局有序是指如果在一台伺服器上消息a在消息b前釋出，則在所有server上消息a都将在消息b前被釋出；偏序是指如果一個消息b在消息a後被同一個發送者釋出，a必将排在b前面。
為了保證事務的順序一緻性，zookeeper采用了遞增的事務id号（zxid）來辨別事務。所有的提議（proposal）都在被提出的時候加上了zxid。實作中zxid是一個64位的數字，它高32位是epoch用來辨別leader關系是否改變，每次一個leader被選出來，它都會有一個新的epoch，辨別目前屬于那個leader的統治時期。低32位用于遞增計數。
每個server在工作過程中有三種狀态：
looking：目前server不知道leader是誰，正在搜尋
leading：目前server即為選舉出來的leader
following：leader已經選舉出來，目前server與之同步
（1）角色
zookeeper系統中的角色主要有三類，leader，learner和observer：
（2）選主流程
當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢複模式，恢複模式需要重新選舉出一個新的leader，讓所有的server都恢複到一個正确的狀态。
zk的選舉算法有兩種：一種是基于basic paxos實作的，另外一種是基于fast paxos算法實作的。
系統預設的選舉算法為fast paxos：
1.選舉線程由目前server發起選舉的線程擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，并選出推薦的server；
2.選舉線程首先向所有server發起一次詢問(包括自己)；
3.選舉線程收到回複後，驗證是否是自己發起的詢問(驗證zxid是否一緻)，然後擷取對方的id(myid)，并存儲到目前詢問對象清單中，最後擷取對方提議的leader相關資訊(id,zxid)，并将這些資訊存儲到當次選舉的投票記錄表中；
4.收到所有server回複以後，就計算出zxid最大的那個server，并将這個server相關資訊設定成下一次要投票的server；
5.線程将目前zxid最大的server設定為目前server要推薦的leader，如果此時獲勝的server獲得n/2 + 1的server票數， 設定目前推薦的leader為獲勝的server，将根據獲勝的server相關資訊設定自己的狀态，否則，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。
通過流程分析我們可以得出：要使leader獲得多數server的支援，則server總數必須是奇數2n+1，且存活的server的數目不得少于n+1.
每個server啟動後都會重複以上流程。在恢複模式下，如果是剛從崩潰狀态恢複的或者剛啟動的server還會從磁盤快照中恢複資料和會話資訊，zk會記錄事務日志并定期進行快照，友善在恢複時進行狀态恢複。選主的具體流程圖如下所示：
（3）同步流程
選完leader以後，zk就進入狀态同步過程。
1.leader等待server連接配接；
2.follower連接配接leader，将最大的zxid發送給leader；
3.leader根據follower的zxid确定同步點；
4.完成同步後通知follower 已經成為uptodate狀态；
5.follower收到uptodate消息後，又可以重新接受client的請求進行服務了。
（4）leader工作流程
leader主要有三個功能：
1.恢複資料；
2.維持與learner的心跳，接收learner請求并判斷learner的請求消息類型；
3.learner的消息類型主要有ping消息、request消息、ack消息、revalidate消息，根據不同的消息類型，進行不同的處理。
（5）follower工作流程
follower主要有四個功能：
1.向leader發送請求（ping消息、request消息、ack消息、revalidate消息）；
2.接收leader消息并進行處理；
3.接收client的請求，如果為寫請求，發送給leader進行投票；
4.傳回client結果。