Zookeeper

Posted 2023-05-23 HOUHUILIN

 

Zookeeper 概述

Zookeeper 特点

Zookeeper 数据结构

Zookeeper 监听器原理

Zookeeper 写数据流程

 

 

 

Zookeeper 概述

Zookeeper 是一种分布式的、开源的分布式应用程序协调服务。它公开了一组简单的原语，分布式应用程序可以在此基础上实现用于同步、配置维护以及组和命名的更高级别的服务。它是为了便于编程而设计的，它使用的数据模型是按照文件系统熟悉的目录树结构设计的。它运行在Java中，并对Java和C都有绑定。

Zookeeper是一个分布式协调服务的开源概架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，例如怎样避免同时操作同一数据造成脏读的问题，

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你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，诸如：统一命名服务、分布式配置管理、负载均衡、分布式锁、分布式协调等功能。

 

 

Zookeeper 特点

1. 主从结构：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
2. 半数机制：集群中只要有半数以上的节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。
3. 数据一致性：每个Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server，数据都是一致的。
4. 可靠性：如果消息被其中一台服务器接收，那么将被所有服务器接收。
5. 顺序性：更新请求顺序进行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行。
6. 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
7. 实时性：在一定时间范围内，Zookeeper保证客户端在一定时间间隔范围内获取服务器的更新信息（即能读到最新数据），或者服务器失效的信息。

 

 

Zookeeper 数据结构

Zookeeper 数据结构和 Linux文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称作一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

 

 

Zookeeper 监听器原理

1. 首先要有一个main( )线程
2. 在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线程，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. 在Zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中。
5. Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程。
6. listener线程内部调用了process( ) 方法。

 

 

Zookeeper 写数据流程

1. Client向Zookeeper的Server1上写数据，发送一个写请求。
2. 如果Server1不是Leader，那么Server1会把接受到的请求进一步转发给Leader，因为每个Zookeeper的Server里面有一个是Leader，这个Leader会将写请求广播给各个Server，比如Server1和Server2，各个Server会将该写请求加入待写队列，并向Leader发送成功信息。
3. 当Leader收到半数以上Server的成功信息，说明该操作可以执行。Leader会向各个Server发送提交信息，各个Server收到信息后会落实队列里的写请求，此时写成功。
4. Server1会进一步通知Client数据写成功了，这时就认为整个写操作成功。

 

本文来自博客园，作者：HOUHUILIN，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/harleyblogs/p/17422175.html

Zookeeper集群部署

Zookeeper集群部署

• 前言
• 一、Zookeeper概述
• • 1、Zookeeper定义
  • 2、Zookeeper工作机制
  • 3、Zookeeper特点
  • 4、Zookeeper数据结构
  • 5、Zookeeper 应用场景
  • 6、Zookeeper选举机制
  • • 第一次启动选举机制
    • 非第一次启动选举机制
• 二、部署Zookeeper集群
• • 准备3台服务器做Zookeeper 集群
  • 1.安装前准备
  • 2.安装Zookeeper

前言

一、Zookeeper概述

1、Zookeeper定义

• Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式框架提供鞋套服务的Apache项目。

2、Zookeeper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，然后接收观察者的注册，一旦这些数据的状态发送变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。也就是说Zookeeper = 文件系统 + 通知机制。

3、Zookeeper特点

• 【1】Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
• 【2】Zookeeper集群中只要有半数以上的节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。所以Zookeeper适合安装奇数台的服务器。
• 【3】全局数据一致，：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的。
• 【4】更新请求数据执行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行，即先进先出。
• 【5】数据额=更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
• 【6】实时性，在一定时间范围内，client能读取到最新的数据。

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，每个节点称作一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

5、Zookeeper 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。

• 统一命名服务

  • 在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。例如:IP不容易记住，而域名容易记住。

• 统一配置管理

  • （1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。般要求一一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如Kafka集群。对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上
  • （2）配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。各个客户端服务器监听这个Znode。一旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器。

• 统一集群管理

  • （1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一些调整。
  • （2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

• 服务器动态上下线

  • 客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。

• 软负载均衡

  • 在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。

6、Zookeeper选举机制

第一次启动选举机制

• （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myid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L00KING
• （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。

非第一次启动选举机制

• （1）当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入Leader选举:
  • 1）服务器初始化启动。
  • 2）服务器运行期间无法和Leader保持连接。
• （2）而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态:
  • 1）集群中本来就已经存在一个Leader。
    对于已经存在Leader的情况，机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。
  • 2）集群中确实不存在Leader。
    假设ZooKeeper由5台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID分别为8、8、8、7、7，并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻，3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。
    选举Leader规则:
    1.EPOCH大的直接胜出
    2.EPOCH相同，事务id大的胜出
    3.事务id相同，服务器id大的胜出

*SID:服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致。
*ZXID:事务ID。ZXID是一一个事务ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致，这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑速度有关。
*Epoch:每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加

二、部署Zookeeper集群

准备3台服务器做Zookeeper 集群

192.168.80.76
192.168.80.77
192.168.80.78

1.安装前准备

//关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

//安装JDK（桌面系统默认已安装）
yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
java -version

//下载安装包
官方下载地址:https://archive.apache.org/dist/zookeeperl

cd /opt
wget https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.5.7/apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz

2.安装Zookeeper

cd /opt
tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz
mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

//修改配置文件
cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

vim zoo.cfg
tickTime=2000     #通信心跳时间，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒
initLimit=10      #Leader和Follower初始连接时能容忍的最多心跳数( tickTime的数量)，这里表示为10*2s 
syncLimit=5     
#Leader和Follower之间同步通信的超时时间，这里表示如果超过5*2s，Leader认为Follwer死掉，并从服务器列表中删除Follwer
dataDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/data       ●修改，指定保存Zookeeper中的数据的目录，目录需要单独创建
dataLogDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/1ogs    ●添加，指定存放日志的目录，目录需要单独创建
clientPort=2181      #客户端连接端口
#添加集群信息
server.1=192.168.80.76:3188:3288
server.2=192.168.80.77:3188:3288
server.3=192.168.80.78:3188:3288

server.A=B:C:D .
●A是一个数字，表示这个是第几号服务器。集群模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目录下创建一个文件myid，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。
●B是这个服务器的地址。.
●C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口。
●D是万一集群中的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。

//拷贝配置好的 Zookeeper 配置文件到其他机器上
scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.80.77:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.80.78:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/

//在每个节点上创建数据目录和日志目录
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

//在每个节点的dataDir指定的目录下创建一个myid的文件
echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

//配置 Zookeeper 启动脚本
vim /etc/init.d/zookeeper
#!/bin/bash
#chkconfig:2345 20 90
#description:Zookeeper Service Control Script
ZK_HOME='/usr/local/zookeeper-3.5.7'
case $1 in
start)
	echo "----------zookeeper启动----------"
	$ZK_HOME/bin/zkServer.sh start
;;
stop)
	echo "---------- zookeeper停止-----------"
	$ZK_HOME/bin/zkServer.sh stop
;;
restart)
	echo "---------- zookeeper 重启------------"
	$ZK_HOME/bin/zkServer.sh restart
;;
status)
	echo "---------- zookeeper 状态------------"
	$ZK_HOME/bin/zkServer.sh status
;;
*)
	echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"
esac

// 设置开机自启
chmod +x /etc/init.d/zookeeper
chkconfig --add zookeeper

//分别启动Zookeeper
service zookeeper start

//查看当前状态
service zookeeper status

192.168.80.76(follower)

192.168.80.77(leader)

192.168.80.78(follower)