一文了解Zookeeper

Posted 2021-08-24 Java旅途

Zookeeper是Apache开源的一个分布式框架，它主要为分布式应用提供协调服务。

Zookeeper主要负责存储和管理大家都关心的数据，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就会通知那些注册在Zookeeper上的服务。简单来讲就是zookeeper=文件系统+通知机制。

一 Zookeeper的数据结构

Zookeeper的数据结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，与Unix文件系统不同的是Zookeeper的每个节点都可以存放数据，每个节点称作一个ZNode，默认存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

1.1 四种类型的ZNode

• 持久化目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。
• 持久化顺序编号目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称就行顺序编号。
• 临时目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除。
• 临时顺序编号目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称就行顺序编号。

说明：创建ZNode时设置顺序标识，ZNode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护。

1.2 stat结构体

ZNode主要包含以下信息：

• czxid-创建节点的事务 zxid：

每次修改 ZooKeeper 状态都会收到一个 zxid 形式的时间戳，也就是 ZooKeeper 事务 ID。

事务 ID 是 ZooKeeper 中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的 zxid，如果 zxid1 小于 zxid2，那么 zxid1 在 zxid2 之前发生。

• ctime ：znode 被创建的毫秒数(从 1970 年开始)
• mzxid：znode 最后更新的事务 zxid
• mtime：znode 最后修改的毫秒数(从 1970 年开始)
• pZxid：znode 最后更新的子节点 zxid
• cversion：znode 子节点变化号，znode 子节点修改次数
• dataversion：znode 数据变化号
• aclVersion：znode 访问控制列表的变化号
• ephemeralOwner：如果是临时节点，这个是 znode 拥有者的 session id。如果不是临时节

点则是 0

• dataLength：znode 的数据长度
• numChildren：znode 子节点数量

二 Zookeeper的应用场景

Zookeeper的主要应用场景有统一命名服务，统一配置管理，统一集群管理，服务器节点动态上下线等。

2.1 统一命名服务

在分布式环境中，经常需要对服务进行统一命名，假如有一个服务部署了2两个副本，直接调用具体的服务肯定有些不合适，因为我们并不清楚哪个服务可以更快的处理我们的请求，这时候我们可以将这三个服务进行统一命名，然后其内部再去负载。这样就可以调用最优的那个服务了。

2.2 统一配置管理

分布式环境下，配置文件的同步可以由Zookeeper来实现。

1. 将配置文件写入Zookeeper的一个ZNode
2. 各个客户端服务监听这个ZNode
3. 一旦ZNode发生改变，Zookeeper将通知各个客户端服务

2.3 统一集群管理

Zookeeper可以实现实时监控节点状态变化，当有一个三个节点的服务，假如其他一个宕机了，其他两个节点可立即收到消息，实现实时监控。将这三个节点写入Zookeeper的一个ZNode，每个节点都去监听这个ZNode，当ZNode发生变化时，这些节点可实时收到变化状态。

监听器的原理

1. 创建一个Main()线程
2. 在Main()线程中创建两个线程，一个负责网络连接通信（connect），一个负责监听（listener）
3. 通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper
4. 将注册的监听事件添加到Zookeeper的注册监听器列表中
5. Zookeeper监听到有数据或路径发生变化时，把这条消息发送给Listener线程
6. Listener线程内部调用process()方法

三 Zookeeper集群

Zookeeper集群虽然没有指定Master和Slave。但是，在Zookeeper工作时，会通过内部选举机制产生一个Leader节点，其他节点为Follower或者是Observer。

被声明为Observer的节点，不参与选举过程，也不参与写操作的”过半写成功“策略。

过半写成功策略：Leader节点接收到写请求后，这个Leader会将写请求广播给各个server，各个server会将该写请求加入待写队列，并向Leader发送成功信息，当Leader收到一半以上的成功消息后，说明该写操作可以执行。Leader会向各个server发送提交消息，各个server收到消息后开始写。

Follower和Observer只提供数据的读操作，当他们接收的写请求时，会将该请求转发给Leader节点。

集群中只要有半数以上的节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。因此Zookeeper集群适合安装奇数台机器。

3.1 选举机制

（1）服务器 1 启动，发起一次选举。服务器 1 投自己一票。此时服务器 1 票数一票，不够半数以上（3 票），选举无法完成，服务器 1 状态保持为 LOOKING；

（2）服务器 2 启动，再发起一次选举。服务器 1 和 2 分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器 1 发现服务器 2 的 ID 比自己目前投票推举的（服务器 1）大，更改选票为推举服务器 2。此时服务器 1 票数 0 票，服务器 2 票数 2 票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器 1，2 状态保持 LOOKING；

（3）服务器 3 启动，发起一次选举。此时服务器 1 和 2 都会更改选票为服务器 3。此次投票结果：服务器 1 为 0 票，服务器 2 为 0 票，服务器 3 为 3 票。此时服务器 3 的票数已经超过半数，服务器 3 当选 Leader。服务器 1，2 更改状态为 FOLLOWING，服务器 3 更改状态为 LEADING；

（4）服务器 4 启动，发起一次选举。此时服务器 1，2，3 已经不是 LOOKING 状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器 3 为 3 票，服务器 4 为 1 票。此时服务器 4服从多数，更改选票信息为服务器 3，并更改状态为 FOLLOWING；

（5）服务器 5 启动，同 4 一样当小弟。

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