Zookeeper

Posted 技术很low的瓜贼

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Zookeeper相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

分布式

分布式技术-Zookeeper

1.Zookeeper概述

1.1概述

​ Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目

1.2 工作机制

  • Zookeeper从设计模式角度来理解，是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架
  • 它负责 存储 和 管理 大家都关心的数据
    • 然后接受观察者的注册，一旦这些数据发生变化
    • Zookeeper就将负责通知已经注册的那些观察者做出相应的反应
    • 从而实现集群中类似Master/Slave管理模式
  • Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

1.3 Zookeeper特点

  1. 是一个leader和多个follower来组成的集群
  2. 集群中只要有半数以上的节点存活，Zookeeper就能正常工作
  3. 全局一致性，每台服务器都保存一份相同的数据副本，无论client连接到哪台server，数据都是一致的
  4. 数据更新原子性，一次数据要么成功，要么失败
  5. 实时性，在一定时间范围内，client能读取到最新数据
  6. 更新的请求按照顺序执行，会按照发过来的顺序逐一执行

1.4 Zookeeper数据结构

  • Zookeeper数据模型的结构与linux文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode（ZookeeperNode）。
  • 每一个ZNode默认能够存储1MB的数据（元数据），每个ZNode的路径都是唯一的
    • 元数据（Metadata），又称中介数据，中继数据，为描述数据的数据，主要是描述数据属性的信息，用来支持如只是存储位置，历史数据，资源查找，文件记录等功能

1.5 应用场景

  • 提供的服务包括：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，软负载均衡等

1.5.1 统一命名服务

  • 在分布式环境下，通常需要对应用或服务进行统一的命名，便于识别
  • 例如：服务器的IP地址不容易记，但域名相比之下却是很容易记住

1.5.2 统一配置管理

  • 分布式环境下，配置文件做同步是必经之路
  • 1000台服务器，如果配置文件作出修改，那一台一台的修改，运维人员肯定会疯，Zookeeper可以做到修改一处就快速同步到每台服务器上
  • 将配置管理交给Zookeeper
    1. 将配置信息写入到Zookeeper的某个节点上
    2. 每个客户端都监听这个节点
    3. 一旦节点中的数据文件被修改，Zookeeper就会通知每台客户端服务器

1.5.3 服务器节点动态上下线

  • 客户端能实时获取服务器上下线的变化
  • 例如：美团上可以看到商家营业或者打烊的状态

1.5.4 软负载均衡

  • Zookeeper会记录每台服务器的访问次数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户请求
  • 如果每台服务器的访问次数都达到一样，则采取轮循

1.6下载地址

  • 镜像库地址：http://archive.apache.org/dist/zookeeper/

  • apache-zookeeper-3.6.0.tar.gz需要安装maven，然后再运行mvn clean install 和mvn

    javadoc:aggregate，前一个命令会下载安装好多jar包，不知道要花多长时间

  • apache-zookeeper-3.6.0-bin.tar.gz已经自带所需要的各种jar包

2.Zookeeper本地模式安装

2.1本地模式安装

2.1.1 安装前准备

  1. 安装好JDK

  2. 拷贝apache-zookeeper-3.6.0-bin.tar.gz到usr目录

  3. 解压安装包

    [root@localhost usr]# tar -zxvf apache-zookeeper-3.6.0-bin.tar.gz

  4. 重命名

    [root@localhost usr]# mv apache-zookeeper-3.6.0-bin zookeeper

2.1.2 配置修改

  1. 在/usr/zookeeper/这个目录上创建zkData和zkLog目录

    [root@localhost zookeeper]# mkdir zkData 
[root@localhost zookeeper]# mkdir zkLog

  2. 进入/usr/zookeeper/conf这个路径，复制一份 zoo_sample.cfg 文件并命名为 zoo.cfg

    [root@localhost conf]# cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

  3. 编辑zoo.cfg文件

    • 修改dataDir路径：

      dataDir=/usr/zookeeper/zkData

    • 添加dataLogDir路径：

      dataLogDir=/usr/zookeeper/zkLog

2.1.3 操作Zookeeper

注：启动Zookeeper前需要先关闭防火墙

[root@localhost bin]# systemctl stop firewalld.service

  1. 启动Zookeeper

    [root@localhost bin]# ./zkServer.sh start

  2. 查看进程是否启动

    [root@localhost bin]# jps 
注意：若此处显示数据为两条，则启动正常
QuorumPeerMain：是zookeeper集群的启动入口类，是用来加载配置启动QuorumPeer线程的

  3. 查看状态

    [root@localhost bin]# ./zkServer.sh status

  4. 启动客户端

    [root@localhost bin]# ./zkCli.sh

  5. 退出客户端

    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

2.2 配置参数解读

  • tickTime=2000：通信心跳数，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位/毫秒

    • Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是米格tickTime时间会发送一个心跳，时间单位/毫秒

  • initLimit=10：LF初始通信时限

    • 集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器之间，启动时能容忍的最多心跳数

    • 10*2000（10个心跳时间）如果领导和跟随者没有发出心跳通信，就视为失效的连接，领导

      和跟随者彻底断开

  • syncLimit =5：LF同步通信时限

    • 集群启动后，Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit *

      tickTime->10秒，Leader就认为Follwer已经死掉，会将Follwer从服务器列表中删除

  • dataDir：数据文件目录+数据持久化路径

    • 主要用于保存Zookeeper中的数据

  • dataLogDir：日志文件目录

  • clientPort =2181：客户端连接端口

    • 监听客户端连接的端口

3. Zookeeper内部原理

3.1 选举机制

  • 半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器

  • 虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave。但是，Zookeeper工作时，是有一个节点为

    Leader，其他则为Follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的

    1. Server1先投票，投给自己，自己为1票，没有超过半数，根本无法成为leader，顺水推舟将票数投给了id比自己大的Server2
    2. Server2也把自己的票数投给了自己，再加上Server1给的票数，总票数为2票，没有超过半数，也无法成为leader，也学习Server1，顺水推舟，将自己所有的票数给了id比自己大的Server3
    3. Server3得到了Server1和Server2的两票，再加上自己投给自己的一票。3票超过半数，顺利成为leader
    4. Server4和Server5都投给自己，但是无法改变Server3的票数，只好听天由命，承认Server3是leader

3.2 节点类型

  • 持久型（persistent）
    • 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，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，如：ZNode0001，ZNode0002…
  • 短暂型（ephemeral）
    • 临时目录节点：客户端和服务器断开连接后，创建的节点自动删除
    • 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，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，如：ZNode0001，ZNode0002…

注意：注意：序号是相当于i++，和数据库中的自增长类似

3.3 监听器原理

  1. 在main方法中创建Zookeeper客户端的同时就会创建两个线程，一个负责网络连接通信，一个负责监听
  2. 监听事件就会通过网络通信发送给Zookeeper
  3. Zookeeper获得注册的监听事件后，立即将监听事件添加到监听列表里
  4. Zookeeper监听到数据变化或路径变化，就会将这个消息发送给监听线程
    • 常见的监听：
      • 监听节点数据的变化：get path
      • 监听子节点增减的变化：Is path
  5. 监听线程就会在内部调用process方法（process内容由我们实现）

3.4 写数据流程

  1. Client 想向 ZooKeeper 的 Server1 上写数据，必须的先发送一个写的请求
  2. 如果Server1不是Leader，那么Server1 会把接收到的请求进一步转发给Leader。
  3. 这个Leader 会将写请求广播给各个Server，各个Server写成功后就会通知Leader。
  4. 当Leader收到半数以上的 Server 数据写成功了，那么就说明数据写成功了。
  5. 随后，Leader会告诉Server1数据写成功了。
  6. Server1会反馈通知 Client 数据写成功了，整个流程结束

Zookeeper实战知识点

4.1 分布式安装部署

集群思路：先搞定一台服务器，然后再克隆出需要的服务器数量，形成集群（注意：通常Zookeeper中服务器的数量正常为奇数台）

4.1.1 安装Zookeeper

4.1.2 配置服务器编号

  • 再/usr/zookeeper/zkData中创建myid文件

    [root@localhost zkData]# vi myid

  • 在文件中添加与server对应的编号：1

  • 为其他服务其配置编号：依次递增，不能重复

4.1.3 配置zoo.cfg文件

  • 打开zoo.cfg文件，添加配置

    #######################cluster########################## 
server.1=192.168.204.141:2888:3888 
server.2=192.168.204.142:2888:3888 
server.3=192.168.204.143:2888:3888

  • 配置参数解读 server.A=B:C:D

    • A：一个数字，表示第几号服务器

      集群模式下配置的/usr/zookeeper/zkData/myid文件里面的数据就是A的值

    • B：服务器的ip地址

    • C：与集群中Leader服务器交换信息的端口

    • D：选举时专用端口，万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选

      出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

4.1.4 配置其他服务器

  1. 在虚拟机数据目录下创建zk02

  2. 将本台服务器数据目录下的**.vmx文件和所有的.vmdk**文件拷贝到zk02下

  3. 虚拟机->文件->打开（选择zk02下的**.vmx**文件）

    注意：如果.vmx文件打不开，可以先扫描虚拟机，扫描到以后就可以直接开启

  4. 开启复制好的虚拟机，弹出对话框，选择“我已复制该虚拟机”

  5. 进入系统后，修改linux中的ip（打开**/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eno16777736后修改IPADDR**），然后修改/usr/zookeeper/zkData/myid的数值

4.1.5 集群操作

  1. 每台服务器防火墙必须关闭

    [root@localhost bin]# systemctl stop firewalld.service

  2. 启动第1台

    [root@localhost bin]# ./zkServer.sh start

  3. 查看状态

    [root@localhost bin]# ./zkServer.sh status

    ZooKeeper JMX enabled by default 
Using config: /opt/zookeeper/bin/../conf/zoo.cfg 
Client port found: 2181. Client address: localhost.
注：此处显示失败的原因是因为没有超过半数以上的服务器，所以集群失败 （防火墙没有关闭也会导致失败）
Error contacting service. It is probably not running.

  4. 若有三台服务器时显示如下（Zookeeper的选举机制）

    • 查看第一台的状态：Mode: follower
    • 查看第2台的状态：Mode: leader

4.2 客户端命令行操作

  • 启动客户端

    [root@localhost bin]# ./zkCli.sh

    注意：都是在/usr/zookeeper/bin/目录下

  • 显示所有操作命令

    help

  • 查看当前ZNode中所包含的内容

    ls /

  • 查看当前节点详细数据

    ls -s /

    • cZxid：创建节点的事务

      • 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：被创建的毫秒数(从1970年开始)

    • mZxid：最后更新的事务zxid

    • mtime：最后修改的毫秒数(从1970年开始)

    • pZxid：最后更新的子节点zxid

    • cversion：创建版本号，子节点修改次数

    • dataVersion：数据变化版本号

    • aclVersion：权限版本号

    • 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：数据长度

    • numChildren：子节点数

  • 创建节点

    • 在根目录下，创建中国和美国两个节点

      create /china
create /usa

    • 在根目录下，创建俄罗斯节点，并保存“fighting”数据到节点上

      create /russia "fighting"

    • 多级创建节点

      • 在china节点下，创建shanxi“beautiful”
      • china节点必须提前创建好，否则将报错节点不存在
      create /china/shanxi "beautiful"

  • 获得节点的值

    get /china/shanxi

  • 修改节点的值

    set /china/shanxi "cool"

  • 创建短暂节点：创建成功之后，quit退出客户端，重新连接，短暂的节点消失

    create -e /usa 
ls / 
quit 
ls /

  • 创建带序号的节点

    • 在俄罗斯russia下，创建3个city

      create -s /russia/city # 执行三次 
ls /russia
[city0000000000, city0000000001, city0000000002]

      • 如果原来没有序号节点，序号从0开始递增。

      • 如果原节点下已有2个节点，则再排序时从2开始，以此类推

  • 监听节点的值变化或子节点变化（路径变化）

    1. 在server3主机上注册监听/usa节点的数据变化

      addWatch /usa

    2. 在Server1主机上修改/usa的数据

      set /usa "telangpu"

    3. Server3会立刻响应

      WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/usa

    4. 如果在Server1的/usa下面创建子节点NewYork

      create /usa/NewYork

    5. Server3会立刻响应
      WatchedEventstate:SyncConnectedtype:NodeCreatedpath:/usa/NewYork

    6. 删除节点

      delete /usa/NewYork

    7. 递归删除节点（非空节点，不仅删除/ru，而且/ru下的所有子节点也随之删除）

      deleteall /ru

4.3 分布式锁

  • 锁：我们在多线程中接触过，作用就是让当前的资源不会被其他线程访问！

    • 我的日记本，不可以被别人看到。所以要锁在保险柜中

    • 当我打开锁，将日记本拿走了，别人才能使用这个保险柜

  • 在zookeeper中使用传统的锁引发的 “羊群效应” ：1000个人创建节点，只有一个人能成功，999

    人需要等待！

  • 羊群是一种很散乱的组织，平时在一起也是盲目地左冲右撞，但一旦有一只头羊动起来，其他的羊

    也会不假思索地一哄而上，全然不顾旁边可能有的狼和不远处更好的草。羊群效应就是比喻人都有

    一种从众心理，从众心理很容易导致盲从，而盲从往往会陷入骗局或遭到失败。

  • 避免“羊群效应”，zookeeper采用分布式锁

  1. 所有请求进来，在/lock下创建 临时顺序节点 ，放心，zookeeper会帮 你编号排序
  2. 判断自己是不是/lock下最小的节点
    1. 是，获得锁（创建节点）
    2. 否，对前面小我一级的节点进行监听
  3. 获得锁请求，处理完业务逻辑，释放锁（删除节点），后一个节点得到通 知（比你年轻的死了，你成为最嫩的了）
  4. 重复步骤2

以上是关于Zookeeper的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Zookeeper典型使用场景(分布式锁Leader选举注册中心)

羊群效应

集群中的羊群效应

Zookeeper选举整体流程源码解析

bash羊群：为啥是200？

VUE 精选：鱼群羊群鸟群。