ZooKeeper知识总结

Posted 2022-01-01 DEFECT FIXER

数据模型

ZooKeeper数据模型是一个树状的数据结构，类似于文件系统；和文件系统的区别在于树中的每一个节点（叶子节点与非叶子节点）都可以保存数据，且每个节点的访问都必须从根节点开始，以斜线作为分隔的访问路径，如 /root/a/b/，它没有相对路径的概念，所有的节点都必须通过绝对路径来访问；

Znode

ZooKeeper树中的节点被称之为znode，znode维护了一个stat结构，其中包含了版本号和时间戳；版本号是一直递增的，每一次znode中包含的数据被更新，版本号也会发生改变；

当客户端尝试去更新或者删除一个znode的时候，必须提供它要更新/删除的znode的当前版本号，如果版本号不正确，这个更新/删除就会失败（有点类似于数据库操作的乐观锁）。

观察者

客户端可以给znode添加一个观察者（类似于事件），当znode发生改变时，这个观察者会被触发，相应的客户端就会收到一个通知；

Zookeeper客户端可以给三个操作设置观察者：exists、getChildren、getData:

操作	触发的时间点
getChildren	当znode的子节点被创建或者删除、当znode自身被删除时触发
exists	当znode被创建、删除，或者数据被更新时触发
getData	当znode被删除或znode的数据被更新时触发

观察者只会被触发一次，如果想被多次触发，则需要在触发之后重新注册；观察者的常用地方在于，使用ZooKeeper作为一个配置中心，各个客户端（应用程序）通过观察者监听znode从而获取最新的配置；

顺序性Znode

当创建一个Znode时，你可以要求ZooKeeper添加一个单调递增的计数器到这个znode上，这样你就可以在同一个父节点下创建多个相同的znode，而每个znode会以一串数字结尾，并单调递增；

这个计数器只在同一个父节点下唯一，最大值为2147483647，超过之后则会溢出；

暂时性Znode

Znode包含两种类型：暂时性znode和持久性znode；当创建这个znode的客户端session超时时，暂时性znode会被删除，而持久性的znode与客户端session无关，只能被显式的删除；

暂时性Znode不能有子节点，但它对所有的客户端是可见的；

顺序性Znode和暂时性Znode相结合可以作为分布式锁，具体操作为：创建顺序性znode的最小值的客户端作为分布式锁的获得者，当这个客户端关闭Session时，其创建的znode会被删除，而剩下的顺序性znode最小值的创建者将捕获这个分布式锁；为避免惊群效应，每一个客户端只需要在比它稍小的那个znode上设置一个观察者，这样当znode被删除时，只会唤醒一个客户端。

一致性

选举

ZooKeeper使用Master/Slave模式，通过ZAB算法实现Leader的选举机制；

ZooKeeper的所有机器可以分为三类：Leader、Follower、Learner，Learner主要用于同步Znode数据，因此选举主要在多个Follower之间进行；目的主要在多个Follower中选举出持有zxid和myid（ZooKeeper服务器的标识ID）相对较大（超过过半数的zxid+myid即可）的那个机器作为Leader；

在ZooKeeper集群中的每一个更新操作都会有一个全局性的唯一性标识，这个标识叫做zxid，又称之为ZooKeeper的事务ID，它永远是递增的；

Zxid是一个64位的数字，包含两部分：任期（epoch）和计数器（counter）；其中高32位为任期，低32位为计数器；当一个新的Leader选举出来之后，任期会加1，在同一个Leader任期内保持计数器（counter）递增，通过此种方式记录操作的顺序性。

ZAB算法的核心在于多个Follower之间两两比较，如果一个Follower的zxid + myid比n/2+1（n为Follower的总数）个Follower都大，则会被选举出来作为Leader；

正因为选举需要比较过半数的Follower，如果过半数的Follower宕机，则集群崩溃。

写操作

ZooKeeper集群的写操作都是由Leader来完成的，然后再通过Leader同步到Follower，Zookeeper在返回结果到客户端之前并不会保证会同步到所有的Follower，只需要过半（n/2+1）Follower同步成功即可；

读操作

客户端可以连接到集群中任何一台机器进行读操作，但不能保证都能读到最新的数据，因此在getData之前最好调用sync操作同步最新的数据再读取。

 

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