Zookeeper的特性与选举机制

Posted 2022-10-03 思屿`

一.概述

  ZooKeeper是一个分布式协调服务的开源框架。主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题。

  ZooKeeper本质上是一个分布式的小文件存储系统。提供基于类似于文件系统的目录树方式的数据存储，并且可以对树中的节点进行有效管理。从而用来维护和监控存储的数据的状态变化。通过监控这些数据状态的变化，从而可以达到基于数据的集群管理。

二.ZooKeeper特性

1. 全局数据一致：集群中每个服务器保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个服务器，展示的数据都是一致的，这是最重要的特征

2. 可靠性：如果消息被其中一台服务器接受，那么将被所有的服务器接受,接受不等于成功执行.

3. 顺序性：包括全局有序和偏序两种：全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面

4. 数据更新原子性：一次数据更新要么成功（半数以上节点成功），要么失败，不存在中间状态

5. 实时性：ZooKeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息

三.ZooKeeper集群角色

Leader:

  Zookeeper集群工作的核心
  事务请求（写操作）的唯一调度和处理者，保证集群事务处理的顺序性
  集群内部各个服务器的调度者

Follower:

  处理客户端非事务（读操作）请求，转发事务请求给Leader
  参与集群Leader选举投票
  针对访问量比较大的zookeeper集群，还可增加观察者角色

Observer:

  观察者角色，观察Zookeeper集群的最新状态变化并将这些状态同步过来，其对于非事务请求可以进行独立处理，对于事务请求，则会转发给Leader服务器进行处理
  不会参与任何形式的投票只提供非事务服务，通常用于在不影响集群事务处理能力的前提下提升集群的非事务处理能力

四.ZooKeeper数据模型

  ZooKeeper的数据模型，在结构上和标准文件系统的非常相似，拥有一个层次的命名空间，都是采用树形层次结构，ZooKeeper树中的每个节点被称为Znode。和文件系统的目录树一样，ZooKeeper树中的每个节点可以拥有子节点。

1. Znode兼具文件和目录两种特点。既像文件一样维护着数据、元信息、ACL、时间戳等数据结构，又像目录一样可以作为路径标识的一部分，并可以具有子Znode。

2. Znode具有原子性操作，读操作将获取与节点相关的所有数据，写操作也将替换掉节点的所有数据。另外，每一个节点都拥有自己的ACL(访问控制列表)，这个列表规定了用户的权限，即限定了特定用户对目标节点可以执行的操作。

3. Znode存储数据大小有限制。ZooKeeper虽然可以关联一些数据，但并没有被设计为常规的数据库或者大数据存储，它用来管理调度数据，比如分布式应用中的配置文件信息、状态信息、汇集位置等等。这些数据的共同特性就是它们都是很小的数据，通常以KB为大小单位。ZooKeeper的服务器和客户端都被设计为严格检查并限制每个Znode的数据大小至多1M。

4. Znode通过路径引用，如同Unix中的文件路径。路径必须是绝对的，因此他们必须由斜杠字符来开头。除此以外，他们必须是唯一的，也就是说每一个路径只有一个表示，因此这些路径不能改变。

节点类型

  Znode有两种节点类型，分别为临时节点和永久节点。
  节点的类型在创建时即被确定，并且不能改变。
  临时节点：该节点的生命周期依赖于创建它们的会话。一旦会话结束，临时节点将被自动删除，当然可以也可以手动删除。临时节点不允许拥有子节点。
  永久节点：该节点的生命周期不依赖于会话，并且只有在客户端显示执行删除操作的时候，他们才能被删除。
  Znode还有一个序列化的特性，如果创建的时候指定的话，该Znode的名字后面会自动追加一个不断增加的序列号。序列号对于此节点的父节点来说是唯一的，这样便会记录每个子节点创建的先后顺序。它的格式为“%10d”(10位数字，没有数值的数位用0补充，例如“0000000001”)。

  这样便会存在四种类型的Znode节点：
    PERSISTENT：永久节点
    EPHEMERAL：临时节点
    PERSISTENT_SEQUENTIAL：永久节点、序列化
    EPHEMERAL_SEQUENTIAL：临时节点、序列化

五.ZooKeeper Watcher（监听机制)

  ZooKeeper提供了分布式数据发布/订阅功能，一个典型的发布/订阅模型系统定义了一种一对多的订阅关系，能让多个订阅者同时监听某一个主题对象，当这个主题对象自身状态变化时，会通知所有订阅者，使他们能够做出相应的处理。
  ZooKeeper中，引入了Watcher机制来实现这种分布式的通知功能。ZooKeeper允许客户端向服务端注册一个Watcher监听，当服务端的一些事件触发了这个Watcher，那么就会向指定客户端发送一个事件通知来实现分布式的通知功能。
  触发事件种类很多，如：节点创建，节点删除，节点改变，子节点改变等。
  总的来说可以概括Watcher为以下三个过程：客户端向服务端注册Watcher、服务端事件发生触发Watcher、客户端回调Watcher得到触发事件情况

Watch机制特点:

  一次性触发 :

    事件发生触发监听，一个watcher event就会被发送到设置监听的客户端，这种效果是一次性的，后续再次发生同样的事件，不会再次触发。

  事件封装:

    ZooKeeper使用WatchedEvent对象来封装服务端事件并传递。
  WatchedEvent包含了每一个事件的三个基本属性：
    通知状态（keeperState），事件类型（EventType）和节点路径（path）

  event异步发送 :

    watcher的通知事件从服务端发送到客户端是异步的。

  先注册再触发

    Zookeeper中的watch机制，必须客户端先去服务端注册监听，这样事件发送才会触发监听，通知给客户端。

六.集群Leader选举

1.node1先启动，将票投给自己
node1:1票
2.node2再启动，将票投给自己
node1:1票
node2:1票
3.改票环节：查询谁的zid值大就投给谁node1:0票
node2:2票
4.node3启动，将票投给自己node1:0票node2:2票
node3:1票
5.改票关节，查询谁的zid值大，就投给谁node1:0票node2:0票，node3:3票
6.node3已经票数过半直接当选.其他服务自动分配follower角色
7.node4启动直接变为follower
8.node5启动直接变为follower

如果leader宕机,则挑选zid大的值为新leader, 如果zid的值相同,则比较myid值的大小

如果旧leader宕机后,又重新连接到集群中会做哪些事情?

1. 以follower的身份重新加入集群
2. 对比自己的数据,如果与集群内其余服务不相同,则同步数据
   zid的值相同,则比较myid值的大小**