Zookeeper详解

Zookeeper简介

zookeeper是一个为分布式应用所设计的开源协调服务，提供同步，配置管理，分组和命名服务。
设计目标：

1. 简单化
   zookeeper允许分布式的进程通过共享体系内的命名空间来进行协调，其组织与标准的文件系统非常相似，是由一些数据寄存器组成，在zookeeper中，这些寄存器称之为znode。zookeeper的数据存放在内存当中，因此其具有高吞吐量和低延迟。
2. 健壮性
   zookeeper维护着一个处于内存中的状态镜像，一个位于存储器中的交换日志和快照。只要大部分服务器可用，那么zookeeper服务就是可用的。服务器与客户端之间通过TCP连接，并通过TCP连接来发送请求，获得相应，获取检测事件及发送心跳。
3. 有序性
   zookeeper可以为每一次更新操作赋予一个版本号，且此版本号全局有效，不存在重复情况。
4. 速度优势
   zookeeper在读取主要负载的时候，特别快，当读工作比写工作多的时候，执行性能更好。

zookeeper的命名空间

zookeeper的命名空间与标准的文件系统比较相似，是通过斜线分隔的路径名序列组成。

zookeeper的数据模型

zookeeper具有分层的命名空间，每个节点可以有数据关联作为他们的子节点，就如一个文件系统允许文件作为目录或目录可以存放数据。

znode：zookeeper节点

zookeeper树形结构中，每个节点都可以称之为znode，znode维护着一个属性结构，它包含数据的版本号，时间戳等状态信息。

znode的特征

1. Watches
   客户端在节点上设置watch（监视器），当节点的状态发生改变，将会触发watch对应的操作。当watch被触发时，zookeeper将会向客户端发送且仅发送一个通知，因为watch只能被触发一次。
2. 数据访问
   znode具有原子性，每一个znode的数据将被原子地读写。读取数据的时候，将读取与znode相关的所有数据，写操作将替换掉所有的数据，每个节点都拥有自己的ACL。
3. 临时节点
   zookeeper中节点分为两种，临时和永久，节点类型在创建之初即被确定，不能改变。临时节点依赖于当前的会话，会话结束，临时节点将被删除。
4. 顺序节点（唯一性保证）
   父节点会为第一个子节点维护一份记录，会记录每个子节点创建的先后顺序。

zookeeper中的时间

zk中有多种时间记录的形式，其中包括：

1. Zxid
   对节点状态改变的每一个操作，都将使节点收到一个zxid格式的时间戳，且时间戳全局有序。
2. 版本号
   对节点的每一个操作，都将使节点版本号增加，每个节点维护三个版本号：version（节点数据版本号），cversion（子节点版本号），aversion（节点所拥有的ACL版本号）。

zookeeper会话状态

zk客户端通过zk服务器建立一个会话，当连接成功，则状态变为CONNECTED，一般只有两种状态，CONNECTED和CLOSED。

zookeeper状态转换图：

zookeeper的一致性保证

1. 顺序一致性
   客户端的更新顺序与他们被发送的顺序相一致。
2. 原子性
   更新操作要么成功，要么失败，没有第三种结果。
3. 单系统镜像
   无论客户端连接到哪一个服务器，他将看到相同的zk视图
4. 可靠性
   一旦一个更新操作被应用，那么客户端再次更新之前，某值将不会改变。
   
   • 客户端成功获取正确的返回代码，则表名更新已成功，不能够获得返回代码，那么客户端将无法知道更新操作是否成功。
   • 故障恢复时，任何客户端都能够看到的执行成功的更新操作将不会回滚。
5. 实时性
   在特定时间内，客户端看到系统需要被保证是实时的（在十几秒的时间里）。在此时间段内，任何系统的改变将被客户端看到的，或者被客户端则测到。

zookeeper锁服务

zookeeper加锁方式：

1. 客户端调用create()方法，创建“locknode/lock-”连续的临时节点，此节点为类型为sequence(连续)和ephemeral(临时)。也就是说，创建的节点为临时节点，并且所有的节点连续编号，即为“lock-i”的格式。
2. 在创建的锁节点上调用getChildren()方法，以获取锁目录下的最小编号节点，并且不设置watch。
3. 若步骤2中获取的节点恰好是步骤1中客户端创建的节点，那么此客户端会获得该种类型的锁，然后退出操作。
4. 客户端在锁目录上调用exists()方法，并且设置watch来监视锁目录下序号相对自己次小的连续临时节点的状态变化。
5. 如果监视节点状态发生变化，则跳转到步骤2，继续进行后续的操作，直到退出锁竞争。

zookeeper的锁机制流程如图：