搞懂分布式技术6：Zookeeper典型应用场景及实践
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了搞懂分布式技术6：Zookeeper典型应用场景及实践相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一.ZooKeeper典型应用场景实践
ZooKeeper是一个高可用的分布式数据管理与系统协调框架。基于对Paxos算法的实现，使该框架保证了分布式环境中数据的强一致性，也正是基于这样的特性，使得ZooKeeper解决很多分布式问题。网上对ZK的应用场景也有不少介绍，本文将介绍比较常用的项目例子，系统地对ZK的应用场景进行一个分门归类的介绍。
值得注意的是，ZK并非天生就是为这些应用场景设计的，都是后来众多开发者根据其框架的特性，利用其提供的一系列API接口（或者称为原语集），摸索出来的典型使用方法。因此，也非常欢迎读者分享你在ZK使用上的奇技淫巧。
1 Zookeeper数据模型
Zookeeper 会维护一个具有层次关系的数据结构，它非常类似于一个标准的文件系统，如图所示：
图中的每个节点称为一个znode. 每个znode由3部分组成：
-
stat. 此为状态信息, 描述该
znode的版本, 权限等信息； -
data. 与该znode
关联的数据； -
children. 该znode下的
子节点；
Zookeeper 这种数据结构有如下这些特点：
-
每个子目录项如 NameService 都被称作为 znode，这个 znode 是被它所在的路径唯一标识，如 Server1 这个 znode 的标识为 /NameService/Server1；
-
znode 可以有子节点目录，并且每个 znode 可以存储数据，注意
EPHEMERAL 类型的目录节点不能有子节点目录； -
znode 是有版本的，每个 znode 中存储的数据可以有多个版本，
也就是一个访问路径中可以存储多份数据； -
znode 可以是临时节点，
一旦创建这个 znode 的客户端与服务器失去联系，这个 znode 也将自动删除，Zookeeper 的客户端和服务器通信采用长连接方式，每个客户端和服务器通过心跳来保持连接，这个连接状态称为 session，如果 znode 是临时节点，这个 session 失效，znode 也就删除了； -
znode 的
目录名可以自动编号，如 App1 已经存在，再创建的话，将会自动命名为 App2； -
znode
可以被监控，包括这个目录节点中存储的数据的修改，子节点目录的变化等，一旦变化可以通知设置监控的客户端，这个是 Zookeeper 的核心特性，Zookeeper 的很多功能都是基于这个特性实现的，后面在典型的应用场景中会有实例介绍；
znode节点的状态信息：
使用get命令获取指定节点的数据时, 同时也将返回该节点的状态信息, 称为Stat. 其包含如下字段:
czxid. 节点创建时的zxid；
mzxid. 节点最新一次更新发生时的zxid；
ctime. 节点创建时的时间戳；
mtime. 节点最新一次更新发生时的时间戳；
dataVersion. 节点数据的更新次数；
cversion. 其子节点的更新次数；
aclVersion. 节点ACL(授权信息)的更新次数；
ephemeralOwner. 如果该节点为ephemeral节点, ephemeralOwner值表示与该节点绑定的session id. 如果该节点不是 ephemeral节点, ephemeralOwner值为0. 至于什么是ephemeral节点；
dataLength. 节点数据的字节数；
numChildren. 子节点个数；
?
zxid：
znode节点的状态信息中包含czxid和mzxid, 那么什么是zxid呢?
ZooKeeper状态的每一次改变, 都对应着一个递增的Transaction id, 该id称为zxid. 由于zxid的递增性质, 如果zxid1小于zxid2, 那么zxid1肯定先于zxid2发生. 创建任意节点, 或者更新任意节点的数据, 或者删除任意节点, 都会导致Zookeeper状态发生改变, 从而导致zxid的值增加.
session：
在client和server通信之前, 首先需要建立连接, 该连接称为session. 连接建立后, 如果发生连接超时, 授权失败, 或者显式关闭连接, 连接便处于CLOSED状态, 此时session结束.
节点类型：
讲述节点状态的ephemeralOwner字段时, 提到过有的节点是ephemeral节点, 而有的并不是. 那么节点都具有哪些类型呢? 每种类型的节点又具有哪些特点呢?
persistent. persistent节点不和特定的session绑定, 不会随着创建该节点的session的结束而消失, 而是一直存在, 除非该节点被显式删除.
ephemeral. ephemeral(临时)节点是临时性的, 如果创建该节点的session结束了, 该节点就会被自动删除. ephemeral节点不能拥有子节点. 虽然ephemeral节点与创建它的session绑定, 但只要该节点没有被删除, 其他session就可以读写该节点中关联的数据. 使用-e参数指定创建ephemeral节点.
create -e /xing/ei world
sequence. 严格的说, sequence(顺序)并非节点类型中的一种. sequence节点既可以是ephemeral的, 也可以是persistent的. 创建sequence节点时, ZooKeeper server会在指定的节点名称后加上一个数字序列, 该数字序列是递增的. 因此可以多次创建相同的sequence节点, 而得到不同的节点. 使用-s参数指定创建sequence节点.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 0] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000001
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 1] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000002
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 2] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000003
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 3] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000004
?
watch：
watch的意思是监听感兴趣的事件. 在命令行中, 以下几个命令可以指定是否监听相应的事件.
ls命令. ls命令的第一个参数指定znode, 第二个参数如果为true, 则说明监听该znode的子节点的增减, 以及该znode本身的删除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 21] ls /xing true
[]
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 22] create /xing/item item000
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/xing
Created /xing/item
get命令. get命令的第一个参数指定znode, 第二个参数如果为true, 则说明监听该znode的更新和删除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 39] get /xing true
world
cZxid = 0x100000066
ctime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
mZxid = 0x100000066
mtime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
pZxid = 0x100000066
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 5
numChildren = 0
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 40] create /xing/item item000
Created /xing/item
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 41] rmr /xing
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDeleted path:/xing
?
2 如何使用Zookeeper
Zookeeper 作为一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，它能提供基于类似于文件系统的目录节点树方式的数据存储，但是 Zookeeper 并不是用来专门存储数据的，它的作用主要是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，后面将会详细介绍 Zookeeper 能够解决的一些典型问题，这里先介绍一下，Zookeeper 的操作接口和简单使用示例。
2.1 常用接口操作
客户端要连接 Zookeeper 服务器可以通过创建 org.apache.zookeeper.ZooKeeper 的一个实例对象，然后调用这个类提供的接口来和服务器交互。
前面说了 ZooKeeper 主要是用来维护和监控一个目录节点树中存储的数据的状态，所有我们能够操作 ZooKeeper 的也和操作目录节点树大体一样，如创建一个目录节点，给某个目录节点设置数据，获取某个目录节点的所有子目录节点，给某个目录节点设置权限和监控这个目录节点的状态变化。
ZooKeeper 基本的操作示例：
public class ZkDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
// 创建一个与服务器的连接
ZooKeeper zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2180", 60000, new Watcher() {
// 监控所有被触发的事件
// 当对目录节点监控状态打开时，一旦目录节点的状态发生变化，Watcher 对象的 process 方法就会被调用。
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println("EVENT:" + event.getType());
}
});
// 查看根节点
// 获取指定 path 下的所有子目录节点，同样 getChildren方法也有一个重载方法可以设置特定的 watcher 监控子节点的状态
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
// 判断某个 path 是否存在，并设置是否监控这个目录节点，这里的 watcher 是在创建 ZooKeeper 实例时指定的 watcher；
// exists方法还有一个重载方法，可以指定特定的 watcher
if (zk.exists("/node", true) == null) {
// 创建一个给定的目录节点 path, 并给它设置数据；
// CreateMode 标识有四种形式的目录节点，分别是：
// PERSISTENT：持久化目录节点，这个目录节点存储的数据不会丢失；
// PERSISTENT_SEQUENTIAL：顺序自动编号的目录节点，这种目录节点会根据当前已近存在的节点数自动加 1，然后返回给客户端已经成功创建的目录节点名；
// EPHEMERAL：临时目录节点，一旦创建这个节点的客户端与服务器端口也就是 session 超时，这种节点会被自动删除；
// EPHEMERAL_SEQUENTIAL：临时自动编号节点
zk.create("/node", "conan".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node conan");
// 查看/node节点数据
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
// 查看根节点
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
}
// 创建一个子目录节点
if (zk.exists("/node/sub1", true) == null) {
zk.create("/node/sub1", "sub1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node/sub1 sub1");
// 查看node节点
System.out.println("ls /node => " + zk.getChildren("/node", true));
}
// 修改节点数据
if (zk.exists("/node", true) != null) {
// 给 path 设置数据，可以指定这个数据的版本号，如果 version 为 -1 怎可以匹配任何版本
zk.setData("/node", "changed".getBytes(), -1);
// 查看/node节点数据
// 获取这个 path 对应的目录节点存储的数据，数据的版本等信息可以通过 stat 来指定，同时还可以设置是否监控这个目录节点数据的状态
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
}
// 删除节点
if (zk.exists("/node/sub1", true) != null) {
// 删除 path 对应的目录节点，version 为 -1 可以匹配任何版本，也就删除了这个目录节点所有数据
zk.delete("/node/sub1", -1);
zk.delete("/node", -1);
// 查看根节点
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));