利用Zookeeper實現(xiàn) - Master選舉
      
    
      
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        2025-04-02
		    
      
    
                    
      Zookeeper 是一個高可用的分布式數(shù)據(jù)管理與協(xié)調框架，基于ZAB協(xié)議算法的實現(xiàn)，該框架能夠很好的保證分布式環(huán)境中數(shù)據(jù)的一致性。Zookeeper的典型應用場景主要有：數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、負載均衡、命名服務、分布式協(xié)調/通知、集群管理、Master選舉、分布式鎖和分布式隊列等。

      本文主要介紹如何利用Zookeeper實現(xiàn)Master選舉。
      Master選舉
      Master選舉在分布式系統(tǒng)中是一個非常常見的場景。在分布式系統(tǒng)中，常常采用主從模式的方式避免單點故障，提高系統(tǒng)服務的可用性。正常情況下，Master節(jié)點用來協(xié)調集群中其他系統(tǒng)單元，維護系統(tǒng)狀態(tài)信息，或者負責一些復雜的邏輯，再將處理結果同步給其他節(jié)點。當Master節(jié)點宕機，或者由于其他問題導致無法提供服務時，系統(tǒng)將發(fā)起一次Master選舉，從候選節(jié)點中選出一個新的Master節(jié)點，以繼續(xù)提供服務。
      譬如在一些讀寫分離的應用中，Master節(jié)點負責客戶端的寫請求，處理完畢之后再將結果同步給從節(jié)點。
      選舉算法？
      著名的選舉算法有 Paxos算法、Raft算法、Bully算法等，但在業(yè)務系統(tǒng)的開發(fā)中，實現(xiàn)選舉算法并不是我們工作的重心。
      Zookeeper有一個非常重要的特性即強一致性，能夠很好地保證在分布式高并發(fā)情況下節(jié)點的創(chuàng)建一定能夠保證全局唯一性，即Zookeeper將會保證客戶端無法重復創(chuàng)建一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)節(jié)點。也就是說，如果同時有多個客戶端請求創(chuàng)建同一個節(jié)點，那么最終一定只有一個客戶端請求能夠創(chuàng)建成功。利用這個特性，就能很容易地在分布式環(huán)境中進行Master選舉了。
      利用Zookeeper實現(xiàn)Master選舉
      Apache Curator是一個Zookeeper的開源客戶端，它提供了Zookeeper各種應用場景（Recipe，如共享鎖服務、master選舉、分布式計數(shù)器等）的抽象封裝，本文使用 Curator 提供的Recipe來實現(xiàn)Master選舉。
      Curator提供了兩種選舉方案：Leader Latch 和 Leader Election。下面分別介紹這兩種選舉方案。
      Leader Latch
      使用 Leader Latch 方案進行Master選舉，系統(tǒng)將隨機從候選者中選出一臺作為 leader，直到調用 close() 釋放leadship，此時再重新隨機選舉 leader，否則其他的候選者無法成為 leader。
      下面的程序將啟動 N 個線程用來模擬分布式系統(tǒng)中的節(jié)點，每個線程將創(chuàng)建一個Zookeeper客戶端和一個 LeaderLatch 對象用于選舉；每個線程有一個名稱，名稱中有一個編號用于區(qū)分；每個線程的存活時間為 number * 10秒 ，存活時間結束后將關閉 LeaderLatch 對象和客戶端，表示該 '節(jié)點' 宕機，如果該節(jié)點為 Master節(jié)點，這時系統(tǒng)將重新發(fā)起 Master選舉。
      public?class?LeaderLatchTest?{
      private?static?final?String?zkServerIps?=?"master:2181,hadoop2:2181";
      private?static?final?String?masterPath?=?"/testZK/leader_latch";
      public?static?void?main(String[]?args)?{
      final?int?clientNums?=?5;??//?客戶端數(shù)量，用于模擬
      final?CountDownLatch?countDownLatch?=?new?CountDownLatch(clientNums);
      List?latchList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      List?clientList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      AtomicInteger?atomicInteger?=?new?AtomicInteger(1);
      try?{
      for?(int?i?=?0;?i?
      new?Thread(new?Runnable()?{
      @Override
      public?void?run()?{
      CuratorFramework?client?=?getClient();??//?創(chuàng)建客戶端
      clientList.add(client);
      int?number?=?atomicInteger.getAndIncrement();
      final?LeaderLatch?latch?=?new?LeaderLatch(client,?masterPath,?"client#"?+?number);
      System.out.println("創(chuàng)建客戶端："?+?latch.getId());
      //?LeaderLatch?添加監(jiān)聽事件
      latch.addListener(new?LeaderLatchListener()?{
      @Override
      public?void?isLeader()?{
      System.out.println(latch.getId()?+?":?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....");
      }
      @Override
      public?void?notLeader()?{
      System.out.println(latch.getId()?+?":?我遺憾地落選了，我到一旁休息去吧...");
      }
      });
      latchList.add(latch);
      try?{
      latch.start();
      //?隨機等待?number?*?10秒，之后關閉客戶端
      Thread.sleep(number?*?10000);
      }?catch?(Exception?e)?{
      System.out.println(e.getMessage());
      }?finally?{
      System.out.println("客戶端?"?+?latch.getId()?+?"?關閉");
      CloseableUtils.closeQuietly(latch);
      CloseableUtils.closeQuietly(client);
      countDownLatch.countDown();
      }
      }
      }).start();
      }
      countDownLatch.await();?//?等待，只有所有線程都退出
      }?catch?(Exception?e)?{
      e.printStackTrace();
      }
      }
      private?static?synchronized?CuratorFramework?getClient()?{
      CuratorFramework?client?=?CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps)
      .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000)?//.namespace("LeaderLatchTest")
      .retryPolicy(new?ExponentialBackoffRetry(1000,?3)).build();
      client.start();
      return?client;
      }
      }
      控制臺輸出的日志
      創(chuàng)建客戶端：client#1
      創(chuàng)建客戶端：client#2
      創(chuàng)建客戶端：client#3
      創(chuàng)建客戶端：client#4
      創(chuàng)建客戶端：client#5
      client#2:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#1?關閉
      客戶端?client#2?關閉
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#3?關閉
      客戶端?client#4?關閉
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#5?關閉
      系統(tǒng)運行過程中查看 masterPath 可以看見客戶端注冊的臨時節(jié)點，當客戶端關閉時，臨時節(jié)點也會被刪除
      LeaderLatch選舉時的ZK節(jié)點
      Leader Election
      通過 Leader Election 選舉方案進行 Master選舉，需添加 LeaderSelectorListener -對領導權進行控制，當節(jié)點被選為leader之后，將調用 takeLeadership 方法進行業(yè)務邏輯處理，處理完成會立即釋放 leadship，重新進行Master選舉，這樣每個節(jié)點都有可能成為 leader。autoRequeue() 方法的調用確保此實例在釋放領導權后還可能獲得領導權。
      利用Zookeeper實現(xiàn) - Master選舉
      public?class?LeaderSelectorTest?{
      private?static?final?String?zkServerIps?=?"master:2181,hadoop2:2181";
      private?static?final?String?masterPath?=?"/testZK/leader_selector";
      public?static?void?main(String[]?args)?{
      final?int?clientNums?=?5;??//?客戶端數(shù)量，用于模擬
      final?CountDownLatch?countDownLatch?=?new?CountDownLatch(clientNums);
      List?selectorList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      List?clientList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      AtomicInteger?atomicInteger?=?new?AtomicInteger(1);
      try?{
      for?(int?i?=?0;?i?
      new?Thread(new?Runnable()?{
      @Override
      public?void?run()?{
      CuratorFramework?client?=?getClient();??//?創(chuàng)建客戶端
      clientList.add(client);
      int?number?=?atomicInteger.getAndIncrement();
      final?String?name?=?"client#"?+?number;
      final?LeaderSelector?selector?=?new?LeaderSelector(client,?masterPath,?new?LeaderSelectorListener()?{
      @Override
      public?void?takeLeadership(CuratorFramework?client)?throws?Exception?{
      System.out.println(name?+?":?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....");
      Thread.sleep(3000);
      }
      @Override
      public?void?stateChanged(CuratorFramework?curatorFramework,?ConnectionState?connectionState)?{
      }
      });
      System.out.println("創(chuàng)建客戶端："?+?name);
      try?{
      selector.autoRequeue();
      selector.start();
      selectorList.add(selector);
      //?隨機等待?number?*?10秒，之后關閉客戶端
      Thread.sleep(number?*?10000);
      }?catch?(Exception?e)?{
      System.out.println(e.getMessage());
      }?finally?{
      countDownLatch.countDown();
      System.out.println("客戶端?"?+?name?+?"?關閉");
      CloseableUtils.closeQuietly(selector);
      if?(!client.getState().equals(CuratorFrameworkState.STOPPED))?{
      CloseableUtils.closeQuietly(client);
      }
      }
      }
      }).start();
      }
      countDownLatch.await();?//?等待，只有所有線程都退出
      }?catch?(Exception?e)?{
      e.printStackTrace();
      }
      }
      private?static?synchronized?CuratorFramework?getClient()?{
      CuratorFramework?client?=?CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps)
      .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000)?//.namespace("LeaderLatchTest")
      .retryPolicy(new?ExponentialBackoffRetry(1000,?3)).build();
      client.start();
      return?client;
      }
      }
      控制臺輸出的日志信息
      創(chuàng)建客戶端：client#2
      創(chuàng)建客戶端：client#1
      創(chuàng)建客戶端：client#3
      創(chuàng)建客戶端：client#5
      創(chuàng)建客戶端：client#4
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#3:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#2:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#1?關閉
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#3:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#2:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#2?關閉
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#3:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#3?關閉
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#4?關閉
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#5?關閉
      LeaderSelectorListener類繼承了ConnectionStateListener。一旦LeaderSelector啟動，它會向curator客戶端添加-。使用LeaderSelector必須時刻注意連接的變化。一旦出現(xiàn)連接問題如 SUSPENDED，curator實例必須確保它不再是leader，直至它重新收到 RECONNECTED。如果 LOST 出現(xiàn)，curator實例不再是 leader 并且其 takeLeadership() 應該直接退出。
      推薦的做法是，如果發(fā)生 SUSPENDED 或者 LOST 連接問題，最好直接拋CancelLeadershipException，此時，leaderSelector實例會嘗試中斷并且取消正在執(zhí)行 takeLeadership() 方法的線程。 建議擴展LeaderSelectorListenerAdapter，LeaderSelectorListenerAdapter中已經(jīng)提供了推薦的處理方式 。
      后序
      代碼：https://github.com/whirlys/BigData-In-Practice/tree/master/curator-example/src/main/java/com/whirly/recipes
      參考：
      《從Paxos到Zookeeper分布式一致性原理與實踐》
      Zookeeper開源客戶端Curator之Master/Leader選舉
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      Zookeeper 是一個高可用的分布式數(shù)據(jù)管理與協(xié)調框架，基于ZAB協(xié)議算法的實現(xiàn)，該框架能夠很好的保證分布式環(huán)境中數(shù)據(jù)的一致性。Zookeeper的典型應用場景主要有：數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、負載均衡、命名服務、分布式協(xié)調/通知、集群管理、Master選舉、分布式鎖和分布式隊列等。
      本文主要介紹如何利用Zookeeper實現(xiàn)Master選舉。
      Master選舉
      Master選舉在分布式系統(tǒng)中是一個非常常見的場景。在分布式系統(tǒng)中，常常采用主從模式的方式避免單點故障，提高系統(tǒng)服務的可用性。正常情況下，Master節(jié)點用來協(xié)調集群中其他系統(tǒng)單元，維護系統(tǒng)狀態(tài)信息，或者負責一些復雜的邏輯，再將處理結果同步給其他節(jié)點。當Master節(jié)點宕機，或者由于其他問題導致無法提供服務時，系統(tǒng)將發(fā)起一次Master選舉，從候選節(jié)點中選出一個新的Master節(jié)點，以繼續(xù)提供服務。
      譬如在一些讀寫分離的應用中，Master節(jié)點負責客戶端的寫請求，處理完畢之后再將結果同步給從節(jié)點。
      著名的選舉算法有 Paxos算法、Raft算法、Bully算法等，但在業(yè)務系統(tǒng)的開發(fā)中，實現(xiàn)選舉算法并不是我們工作的重心。
      Zookeeper有一個非常重要的特性即強一致性，能夠很好地保證在分布式高并發(fā)情況下節(jié)點的創(chuàng)建一定能夠保證全局唯一性，即Zookeeper將會保證客戶端無法重復創(chuàng)建一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)節(jié)點。也就是說，如果同時有多個客戶端請求創(chuàng)建同一個節(jié)點，那么最終一定只有一個客戶端請求能夠創(chuàng)建成功。利用這個特性，就能很容易地在分布式環(huán)境中進行Master選舉了。
      利用Zookeeper實現(xiàn)Master選舉
      Apache Curator是一個Zookeeper的開源客戶端，它提供了Zookeeper各種應用場景（Recipe，如共享鎖服務、master選舉、分布式計數(shù)器等）的抽象封裝，本文使用 Curator 提供的Recipe來實現(xiàn)Master選舉。
      Curator提供了兩種選舉方案：Leader Latch 和 Leader Election。下面分別介紹這兩種選舉方案。
      使用 Leader Latch 方案進行Master選舉，系統(tǒng)將隨機從候選者中選出一臺作為 leader，直到調用 close() 釋放leadship，此時再重新隨機選舉 leader，否則其他的候選者無法成為 leader。
      下面的程序將啟動 N 個線程用來模擬分布式系統(tǒng)中的節(jié)點，每個線程將創(chuàng)建一個Zookeeper客戶端和一個 LeaderLatch 對象用于選舉；每個線程有一個名稱，名稱中有一個編號用于區(qū)分；每個線程的存活時間為 number * 10秒 ，存活時間結束后將關閉 LeaderLatch 對象和客戶端，表示該 '節(jié)點' 宕機，如果該節(jié)點為 Master節(jié)點，這時系統(tǒng)將重新發(fā)起 Master選舉。
      public?class?LeaderLatchTest?{
      private?static?final?String?zkServerIps?=?"master:2181,hadoop2:2181";
      private?static?final?String?masterPath?=?"/testZK/leader_latch";
      public?static?void?main(String[]?args)?{
      final?int?clientNums?=?5;??//?客戶端數(shù)量，用于模擬
      final?CountDownLatch?countDownLatch?=?new?CountDownLatch(clientNums);
      List?latchList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      List?clientList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      AtomicInteger?atomicInteger?=?new?AtomicInteger(1);
      try?{
      for?(int?i?=?0;?i?
      new?Thread(new?Runnable()?{
      @Override
      public?void?run()?{
      CuratorFramework?client?=?getClient();??//?創(chuàng)建客戶端
      clientList.add(client);
      int?number?=?atomicInteger.getAndIncrement();
      final?LeaderLatch?latch?=?new?LeaderLatch(client,?masterPath,?"client#"?+?number);
      System.out.println("創(chuàng)建客戶端："?+?latch.getId());
      //?LeaderLatch?添加監(jiān)聽事件
      latch.addListener(new?LeaderLatchListener()?{
      @Override
      public?void?isLeader()?{
      System.out.println(latch.getId()?+?":?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....");
      }
      @Override
      public?void?notLeader()?{
      System.out.println(latch.getId()?+?":?我遺憾地落選了，我到一旁休息去吧...");
      }
      });
      latchList.add(latch);
      try?{
      latch.start();
      //?隨機等待?number?*?10秒，之后關閉客戶端
      Thread.sleep(number?*?10000);
      }?catch?(Exception?e)?{
      System.out.println(e.getMessage());
      }?finally?{
      System.out.println("客戶端?"?+?latch.getId()?+?"?關閉");
      CloseableUtils.closeQuietly(latch);
      CloseableUtils.closeQuietly(client);
      countDownLatch.countDown();
      }
      }
      }).start();
      }
      countDownLatch.await();?//?等待，只有所有線程都退出
      }?catch?(Exception?e)?{
      e.printStackTrace();
      }
      }
      private?static?synchronized?CuratorFramework?getClient()?{
      CuratorFramework?client?=?CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps)
      .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000)?//.namespace("LeaderLatchTest")
      .retryPolicy(new?ExponentialBackoffRetry(1000,?3)).build();
      client.start();
      return?client;
      }
      }
      控制臺輸出的日志
      創(chuàng)建客戶端：client#1
      創(chuàng)建客戶端：client#2
      創(chuàng)建客戶端：client#3
      創(chuàng)建客戶端：client#4
      創(chuàng)建客戶端：client#5
      client#2:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#1?關閉
      客戶端?client#2?關閉
      client#4:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#3?關閉
      客戶端?client#4?關閉
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      客戶端?client#5?關閉
      系統(tǒng)運行過程中查看 masterPath 可以看見客戶端注冊的臨時節(jié)點，當客戶端關閉時，臨時節(jié)點也會被刪除
      通過 Leader Election 選舉方案進行 Master選舉，需添加 LeaderSelectorListener -對領導權進行控制，當節(jié)點被選為leader之后，將調用 takeLeadership 方法進行業(yè)務邏輯處理，處理完成會立即釋放 leadship，重新進行Master選舉，這樣每個節(jié)點都有可能成為 leader。autoRequeue() 方法的調用確保此實例在釋放領導權后還可能獲得領導權。
      public?class?LeaderSelectorTest?{
      private?static?final?String?zkServerIps?=?"master:2181,hadoop2:2181";
      private?static?final?String?masterPath?=?"/testZK/leader_selector";
      public?static?void?main(String[]?args)?{
      final?int?clientNums?=?5;??//?客戶端數(shù)量，用于模擬
      final?CountDownLatch?countDownLatch?=?new?CountDownLatch(clientNums);
      List?selectorList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      List?clientList?=?new?CopyOnWriteArrayList();
      AtomicInteger?atomicInteger?=?new?AtomicInteger(1);
      try?{
      for?(int?i?=?0;?i?
      new?Thread(new?Runnable()?{
      @Override
      public?void?run()?{
      CuratorFramework?client?=?getClient();??//?創(chuàng)建客戶端
      clientList.add(client);
      int?number?=?atomicInteger.getAndIncrement();
      final?String?name?=?"client#"?+?number;
      final?LeaderSelector?selector?=?new?LeaderSelector(client,?masterPath,?new?LeaderSelectorListener()?{
      @Override
      public?void?takeLeadership(CuratorFramework?client)?throws?Exception?{
      System.out.println(name?+?":?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....");
      Thread.sleep(3000);
      }
      @Override
      public?void?stateChanged(CuratorFramework?curatorFramework,?ConnectionState?connectionState)?{
      }
      });
      System.out.println("創(chuàng)建客戶端："?+?name);
      try?{
      selector.autoRequeue();
      selector.start();
      selectorList.add(selector);
      //?隨機等待?number?*?10秒，之后關閉客戶端
      Thread.sleep(number?*?10000);
      }?catch?(Exception?e)?{
      System.out.println(e.getMessage());
      }?finally?{
      countDownLatch.countDown();
      System.out.println("客戶端?"?+?name?+?"?關閉");
      CloseableUtils.closeQuietly(selector);
      if?(!client.getState().equals(CuratorFrameworkState.STOPPED))?{
      CloseableUtils.closeQuietly(client);
      }
      }
      }
      }).start();
      }
      countDownLatch.await();?//?等待，只有所有線程都退出
      }?catch?(Exception?e)?{
      e.printStackTrace();
      }
      }
      private?static?synchronized?CuratorFramework?getClient()?{
      CuratorFramework?client?=?CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(zkServerIps)
      .sessionTimeoutMs(6000).connectionTimeoutMs(3000)?//.namespace("LeaderLatchTest")
      .retryPolicy(new?ExponentialBackoffRetry(1000,?3)).build();
      client.start();
      return?client;
      }
      }
      控制臺輸出的日志信息
      創(chuàng)建客戶端：client#2
      創(chuàng)建客戶端：client#1
      創(chuàng)建客戶端：client#3
      創(chuàng)建客戶端：client#5
      創(chuàng)建客戶端：client#4
      client#5:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#3:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
      client#2:?我現(xiàn)在被選舉為Leader！我開始工作了....
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      客戶端?client#2?關閉
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      客戶端?client#3?關閉
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      客戶端?client#4?關閉
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      客戶端?client#5?關閉
      LeaderSelectorListener類繼承了ConnectionStateListener。一旦LeaderSelector啟動，它會向curator客戶端添加-。使用LeaderSelector必須時刻注意連接的變化。一旦出現(xiàn)連接問題如 SUSPENDED，curator實例必須確保它不再是leader，直至它重新收到 RECONNECTED。如果 LOST 出現(xiàn)，curator實例不再是 leader 并且其 takeLeadership() 應該直接退出。
      推薦的做法是，如果發(fā)生 SUSPENDED 或者 LOST 連接問題，最好直接拋CancelLeadershipException，此時，leaderSelector實例會嘗試中斷并且取消正在執(zhí)行 takeLeadership() 方法的線程。 建議擴展LeaderSelectorListenerAdapter，LeaderSelectorListenerAdapter中已經(jīng)提供了推薦的處理方式 。
      代碼：https://github.com/whirlys/BigData-In-Practice/tree/master/curator-example/src/main/java/com/whirly/recipes
      參考：
      《從Paxos到Zookeeper分布式一致性原理與實踐》
      Zookeeper開源客戶端Curator之Master/Leader選舉
      大數(shù)據(jù) ZooKeeper
      
版權聲明：本文內容由網(wǎng)絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發(fā)現(xiàn)本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯(lián)系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網(wǎng)站將在24小時內刪除侵權內容。

      
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