zk特性和场景

Posted 2020-10-29 wade&luffy

zk解决什么问题

分布式一致性问题

一致性一般定义是分布式系统中状态或数据保持同步和一致。实际上就是围绕着“看见”来的。谁能看见？能否看见？什么时候看见？

举个例子：淘宝后台卖家，在后台上架一件大促的商品，通过服务器A提交到主数据库，假设刚提交后立马就有用户去通过应用服务器B去从数据库查询该商品，就会出现一个现象，卖家已经更新成功了，然而买家却看不到；而经过一段时间后，主数据库的数据同步到了从数据库，买家就能查到了。

假设卖家更新成功之后买家立马就能看到卖家的更新，则称为强一致性；

如果卖家更新成功后买家不能看到卖家更新的内容，则称为弱一致性；

而卖家更新成功后，买家经过一段时间最终能看到卖家的更新，则称为最终一致性。

一些常见的解决一致性问题的方式：

1. 查询重试补偿。对于分布式应用中不确定的情况，先使用查询接口查询到当前状态，如果当前状态不一致则采用补偿接口对状态进行重试推进，或者回滚接口对业务做回滚。典型的场景如银行跟支付宝之间的交互。支付宝发送一个转账请求到银行，如一直未收到响应，则可以通过银行的查询接口查询该笔交易的状态，如该笔交易对方未收到，则采取补偿的模式进行推送。

2. 定时任务推送。上面的情况有可能一次推送搞不定于是需要2次3次推送。支付宝内最初掉单率很高，全靠不断的定时任务推送增加成功率。

3. TCC。try-confirm-cancel。实际上是两阶段协议，第二阶段的可以实现提交操作或是逆操作。

zk的特性和场景

特性

• 顺序节点保证节点名全局唯一。
• 临时节点的生命周期与会话一致，会话关闭则临时节点删除。
• 节点不可重复性，同一时刻多台机器创建同一个节点，只能成功一台。
• 顺序节点保证节点名全局唯一。
• 监听节点状态或者数据变化。

zk提供的原语服务

• 创建节点
• 删除节点
• 更新节点
• 获取节点信息
• 权限控制
• 事件监听

场景

• 数据发布订阅。即注册中心，dubbo用法。主要通过对节点管理做到发布以及事件监听做到订阅。
• 负载均衡。临时节点做心跳保活和事件监听做负载均衡。
• 命名服务。zookeeper的节点结构天然支持命名服务，即把信息集中存储，并以树状管理，方便统一查阅。
• 分布式协调通知。协调通知与发布订阅类似，由于引入的第三方的zookeeper，实际上对很多种协调通知做了解耦，比如消息推送，心跳检测等。
• 集群管理与master选举。通过临时节点的特性，可以轻易得知集群机器存活状况，从而轻松管理集群；通过节点不可重复性，可以做出master争抢。
• 分布式锁。节点不可重复性。
• 分布式队列。顺序节点。
• 分布式的并发等待。类似于多线程的join问题，主任务的执行依赖于其他子任务全部执行完毕，在单机多线程里可以用join，但是分布式环境下如何实现呢。利用zookeeper，可以创建一个主任务节点，其下子任务一旦执行完毕，则在主任务节点下挂一个子任务节点，等节点数量足够，则认为主任务可以开始执行。

dubbo的使用

作为一个稳定的服务化框架，dubbo可以选择并推荐zookeeper作为注册中心。其底层将zookeeper常用的客户端zkclient和curator封装成为ZookeeperClient。

1. 当服务提供者服务启动时，向zookeeper注册一个节点；

2. 服务消费者则订阅其父节点的变化，启动停止都能够通过节点创建删除得知，异常情况比如被调用方掉线也可以通过临时节点session 断开自动删除得知；

3. 服务消费方同时也会将自己订阅的服务以节点创建的方式放到zookeeper；

4. 于是可以得到映射关系，诸如谁提供了服务，谁订阅了谁提供的服务，基于这层关系再做监控，就能轻易得知整个系统情况。

脑裂场景的应用

主备切换时可能出现脑裂。传统的主备切换，可以让主备之间维持心跳连接，一旦备机发现主机心跳检测不到了，则自己切换为主机，原来的主机等待救援。

这种方式有两个问题：

1. 由于网络抖动，负载过大等问题，备机检测不到心跳并不能说明主机一定挂了，有可能一定时间后主机或网络恢复，这时候主机并不知道备机已经切换为主机，2台主机互相争用，可能造成脑裂；
2. 如果一些数据集中在主机上面，则备机切换时由于同步延时势必会损失掉一部分的数据。

早期的解决方案

比如备机一旦切换为主机，则通过电源控制直接切断主机电源，简单粗暴，但是此刻备机已经是单点，如果主机是因为量撑不住而挂，那备机有可能会重蹈覆辙，最终导致整个服务不可用。

zk解决方案

zookeeper作为第三方集群参与到主备节点中去：

1. 当主备启动时会在zookeeper上竞争创建一个临时锁节点，争用成功者则充当主机，其余备机；
2. 所有备机会监听该临时锁节点，
3. 一旦主机与zookeeper间session失效，则临时节点被删除；
4. 一旦临时节点被删除，备机开始重新申请创建临时锁节点，重新争用为主机；

用zookeeper如何解决脑裂？实际上主机争用到节点后通过对根节点做一个ACL权限控制，则其他抢占的机器由于无法更新临时锁节点，只有放弃成为备机。