Zookeeper介绍

Posted 2020-09-08 一心行走

1.   Zookeeper概念简介：

Zookeeper是一个分布式协调服务；就是为用户的分布式应用程序提供协调服务

1. zookeeper是为别的分布式程序服务的
2. Zookeeper本身就是一个分布式程序（只要有半数以上节点存活，zk就能正常服务）
3. Zookeeper所提供的服务涵盖：主从协调、服务器节点动态上下线、统一配置管理、分布式共享锁、统一名称服务……
4. 虽然说可以提供各种服务，但是zookeeper在底层其实只提供了两个功能：

            管理(存储，读取)用户程序提交的数据；

            并为用户程序提供数据节点监听服务；

 

2.   zookeeper集群机制

半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。

zookeeper适合装在奇数台机器上！！！

 

3.  zookeeper特性

1、Zookeeper：一个leader，多个follower组成的集群

2、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

3、分布式读写，更新请求转发，由leader实施

4、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

5、数据更新原子性，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能读到最新数据

 

4.  zookeeper数据结构

1、层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范(见下图：数据结构图)

2、每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识

3、节点Znode可以包含数据和子节点（但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点）

4、客户端应用可以在节点上设置监视器

 

 

 

4.1.  节点类型

1、Znode有两种类型：

    短暂（ephemeral）（断开连接自己删除）

    持久（persistent）（断开连接不删除）

2、Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）

        PERSISTENT

        PERSISTENT_SEQUENTIAL（持久序列/test0000000019 ）

        EPHEMERAL

        EPHEMERAL_SEQUENTIAL

3、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

4、在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序

 

 

4.2.  zookeeper命令行操作

运行 zkCli.sh –server <ip>进入命令行工具

1、使用 ls 命令来查看当前 ZooKeeper 中所包含的内容：

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 1] ls /

2、创建一个新的 znode ，使用 create /zk myData 。这个命令创建了一个新的 znode 节点“ zk ”以及与它关联的字符串：

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 2] create /zk "myData“

3、我们运行 get 命令来确认 znode 是否包含我们所创建的字符串：

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 3] get /zk

4、下面我们通过 set 命令来对 zk 所关联的字符串进行设置：

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 4] set /zk "zsl“

5、下面我们将刚才创建的 znode 删除：

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5] delete /zk

6、删除节点：rmr

    [zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5] rmr /zk

 

5.  zookeeper-api应用

5.1.   基本使用

 org.apache.zookeeper.Zookeeper是客户端入口主类，负责建立与server的会话

它提供了表 1 所示几类主要方法  ：

功能	描述
create	在本地目录树中创建一个节点
delete	删除一个节点
exists	测试本地是否存在目标节点
get/set data	从目标节点上读取 / 写数据
get/set ACL	获取 / 设置目标节点访问控制列表信息
get children	检索一个子节点上的列表
sync	等待要被传送的数据

 

 

 

Zookeeper的监听器工作机制

监听器是一个接口，我们的代码中可以实现Wather这个接口，实现其中的process方法，方法中即我们自己的业务逻辑

监听器的注册是在获取数据的操作中实现：

getData(path,watch?)监听的事件是：节点数据变化事件

getChildren(path,watch?)监听的事件是：节点下的子节点增减变化事件

 

6. zookeeper应用案例（分布式应用HA||分布式锁）

实现分布式应用的(主节点HA)及客户端动态更新主节点状态

某分布式系统中，主节点可以有多台，可以动态上下线

任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线

 

 

7.   zookeeper原理

Zookeeper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

 

7.1.  zookeeper的选举机制（全新集群paxos）

以一个简单的例子来说明整个选举的过程.
假设有五台服务器组成的zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的.假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么.

1) 服务器1启动,此时只有它一台服务器启动了,它发出去的报没有任何响应,所以它的选举状态一直是LOOKING状态

2) 服务器2启动,它与最开始启动的服务器1进行通信,互相交换自己的选举结果,由于两者都没有历史数据,所以id值较大的服务器2胜出,但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3),所以服务器1,2还是继续保持LOOKING状态.

3) 服务器3启动,根据前面的理论分析,服务器3成为服务器1,2,3中的老大,而与上面不同的是,此时有三台服务器选举了它,所以它成为了这次选举的leader.

4) 服务器4启动,根据前面的分析,理论上服务器4应该是服务器1,2,3,4中最大的,但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3,所以它只能接收当小弟的命了.

5) 服务器5启动,同4一样,当小弟.

 

7.2.  非全新集群的选举机制(数据恢复)

那么，初始化的时候，是按照上述的说明进行选举的，但是当zookeeper运行了一段时间之后，有机器down掉，重新选举时，选举过程就相对复杂了。

需要加入数据id、leader id和逻辑时钟。

数据id：数据新的id就大，数据每次更新都会更新id。

Leader id：就是我们配置的myid中的值，每个机器一个。

逻辑时钟：这个值从0开始递增,每次选举对应一个值,也就是说:  如果在同一次选举中,那么这个值应该是一致的 ;  逻辑时钟值越大,说明这一次选举leader的进程更新.

选举的标准就变成：

                   1、逻辑时钟小的选举结果被忽略，重新投票

                   2、统一逻辑时钟后，数据id大的胜出

                   3、数据id相同的情况下，leader id大的胜出

根据这个规则选出leader。