Zookeeper的PHP实践

原文：Distributed application in PHP with Apache Zookeeper

地址：http://systemsarchitect.net/distributed-application-in-php-with-apache-zookeeper/

Apache Zookeeper是我最近遇到的最酷的技术，我是在研究Solr Cloud功能的时候发现的。Solr的分布式计算让我印象深刻。你只要开启一个新的实例就能自动在Solr Cloud中找到。它会将自己分派到某个分片中，并确定出自己是一个Leader（源）还是一个副本。不一会儿，你就可以在你的那些服务器上查询到了。即便某些服务器宕机了也可以继续工作。非常动态、聪明、酷。

将运行多个应用程序作为一个逻辑程序并不是什么新玩意。事实上，我在几年前就已写过类似的软件。这种架构比较让人迷惑，使用起来也费劲。为此Apache Zookeeper提供了一套工具用于管理这种软件。

为什么叫Zoo？“因为要协调的分布式系统是一个动物园”。

在本篇文章中，我将说明如何使用PHP安装和集成Apache ZooKeeper。我们将通过service来协调各个独立的PHP脚本，并让它们同意某个成为Leader（所以称作Leader选举）。当Leader退出（或崩溃）时，worker可检测到并再选出新的leader。

ZooKeeper是一个中性化的Service，用于管理配置信息、命名、提供分布式同步，还能组合Service。所有这些种类的Service都会在分布式应用程序中使用到。每次编写这些Service都会涉及大量的修bug和竞争情况。正因为这种编写这些Service有一定难度，所以通常都会忽视它们，这就使得在应用程序有变化时变得难以管理应用程序。即使处理得当，实现这些服务的不同方法也会使得部署应用程序变得难以管理。

虽然ZooKeeper是一个Java应用程序，但C也可以使用。这里就有个PHP的扩展，由Andrei Zmievski在2009创建并维护。你可以从PECL中下载，或从GitHub中直接获取PHP-ZooKeeper。

要使用该扩展你首先要安装ZooKeeper。可以从官方网站下载。

$ tar zxfv zookeeper-3.4.8.tar.gz
$ cd zookeeper-3.4.8/src/c
$ ./configure --prefix=/usr/
$ make
$ sudo make install

这样就会安装ZooKeeper的库和头文件。现在准备编译PHP扩展。

$ cd
$ git clone https://github.com/andreiz/php-zookeeper.git
$ cd php-zookeeper
$ phpize
$ ./configure
$ make
$ sudo make install

将“zookeeper.so”添加到PHP配置中。

vim /etc/php5/cli/conf.d/20-zookeeper.ini

因为我不需要运行在web服务环境下，所以这里我只编辑了CLI的配置。将下面的行复制到ini文件中。

extension=zookeeper.so

使用如下命令来确定扩展是否已起作用。

$ php -m | grep zookeeper
zookeeper

现在是时候运行ZooKeeper了。目前唯一还没有做的是配置。创建一个用于存放所有service数据的目录。

$ mkdir /home/you-account/zoo
$ cd
$ cd zookeeper-3.4.5/
$ cp conf/zoo_sample.cfg conf/zoo.cfg
$ vim conf/zoo.cfg

找到名为“dataDir”的属性，将其指向“/home/you-account/zoo”目录。

$ bin/zkServer.sh start
$ bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
[zk: 127.0.0.1:2181(CONNECTED) 14] create /test 1
Created /test
[zk: 127.0.0.1:2181(CONNECTED) 19] ls /
[test, zookeeper]

此时，你已成功连到了ZooKeeper，并创建了一个名为“/test”的znode（稍后我们会用到）。ZooKeeper以树形结构保存数据。这很类似于文件系统，但“文件夹”（译者注：这里指非最底层的节点）又和文件很像。znode是ZooKeeper保存的实体。Node（节点）的说法很容易被混淆，所以为了避免混淆这里使用了znode。

因为我们稍后还会使用，所以这里我们让客户端保持连接状态。开启一个新窗口，并创建一个zookeeperdemo1.php文件。

get( '/test', array($this, 'watcher' ) );
  }
 
}
 
$zoo = new ZookeeperDemo('127.0.0.1:2181');
$zoo->get( '/test', array($zoo, 'watcher' ) );
 
while( true ) {
  echo '.';
  sleep(2);
}

现在运行该脚本：

$ php zookeeperdemo1.php

此处应该会每隔2秒产生一个点。现在切换到ZooKeeper客户端，并更新“/test”值。

[zk: 127.0.0.1:2181(CONNECTED) 20] set /test foo

这样就会静默触发PHP脚本中的“Insider Watcher”消息。怎么会这样的？

ZooKeeper提供了可以绑定在znode的监视器。如果监视器发现znode发生变化，该service会立即通知所有相关的客户端。这就是PHP脚本如何知道变化的。Zookeeper::get方法的第二个参数是回调函数。当触发事件时，监视器会被消费掉，所以我们需要在回调函数中再次设置监视器。

现在你可以准备创建分布式应用程序了。其中的挑战是让这些独立的程序决定哪个（是leader）协调它们的工作，以及哪些（是worker）需要执行。这个处理过程叫做leader选举，在ZooKeeper Recipes and Solutions你能看到相关的实现方法。

这里简单来说就是，每个处理（或服务器）紧盯着相邻的那个处理（或服务器）。如果一个已被监视的处理（也即Leader）退出或者崩溃了，监视程序就会查找其相邻（此时最老）的那个处理作为Leader。

在真实的应用程序中，leader会给worker分配任务、监控进程和保存结果。这里为了简化，我跳过了这些部分。

创建一个新的PHP文件，命名为worker.php：

 Zookeeper::PERM_ALL,
                      'scheme' => 'world',
                      'id' => 'anyone' ) );
 
  private $isLeader = false;
 
  private $znode;
 
  public function __construct( $host = '', $watcher_cb = null, $recv_timeout = 10000 ) {
    parent::__construct( $host, $watcher_cb, $recv_timeout );
  }
 
  public function register() {
    if( ! $this->exists( self::CONTAINER ) ) {
      $this->create( self::CONTAINER, null, $this->acl );
    }
 
    $this->znode = $this->create( self::CONTAINER . '/w-',
                                  null,
                                  $this->acl,
                                  Zookeeper::EPHEMERAL | Zookeeper::SEQUENCE );
 
    $this->znode = str_replace( self::CONTAINER .'/', '', $this->znode );
 
    printf( "I'm registred as: %s\n", $this->znode );
 
    $watching = $this->watchPrevious();
 
    if( $watching == $this->znode ) {
      printf( "Nobody here, I'm the leader\n" );
      $this->setLeader( true );
    }
    else {
      printf( "I'm watching %s\n", $watching );
    }
  }
 
  public function watchPrevious() {
    $workers = $this->getChildren( self::CONTAINER );
    sort( $workers );
    $size = sizeof( $workers );
    for( $i = 0 ; $i < $size ; $i++ ) {
      if( $this->znode == $workers[ $i ] ) {
        if( $i > 0 ) {
          $this->get( self::CONTAINER . '/' . $workers[ $i - 1 ], array( $this, 'watchNode' ) );
          return $workers[ $i - 1 ];
        }
 
        return $workers[ $i ];
      }
    }
 
    throw new Exception(  sprintf( "Something went very wrong! I can't find myself: %s/%s",
                          self::CONTAINER,
                          $this->znode ) );
  }
 
  public function watchNode( $i, $type, $name ) {
    $watching = $this->watchPrevious();
    if( $watching == $this->znode ) {
      printf( "I'm the new leader!\n" );
      $this->setLeader( true );
    }
    else {
      printf( "Now I'm watching %s\n", $watching );
    }
  }
 
  public function isLeader() {
    return $this->isLeader;
  }
 
  public function setLeader($flag) {
    $this->isLeader = $flag;
  }
 
  public function run() {
    $this->register();
 
    while( true ) {
      if( $this->isLeader() ) {
        $this->doLeaderJob();
    }
    else {
      $this->doWorkerJob();
    }
 
      sleep( 2 );
    }
  }
 
  public function doLeaderJob() {
    echo "Leading\n";
  }
 
  public function doWorkerJob() {
    echo "Working\n";
  }
 
}
 
$worker = new Worker( '127.0.0.1:2181' );
$worker->run();

打开至少3个终端，在每个终端中运行以下脚本：

# term1
 
$ php worker.php
I'm registred as: w-0000000001
Nobody here, I'm the leader
Leading
 
# term2
 
$ php worker.php
I'm registred as: w-0000000002
I'm watching w-0000000001
Working
 
# term3
 
$ php worker.php
I'm registred as: w-0000000003
I'm watching w-0000000002
Working

现在模拟Leader崩溃的情形。使用Ctrl+c或其他方法退出第一个脚本。刚开始不会有任何变化，worker可以继续工作。后来，ZooKeeper会发现超时，并选举出新的leader。

虽然这些脚本很容易理解，但是还是有必要对已使用的Zookeeper标志作注释：

$this->znode = $this->create( self::CONTAINER . '/w-',
                              null,
                              $this->acl,
                              Zookeeper::EPHEMERAL | Zookeeper::SEQUENCE );

每个znode都是EPHEMERAL和SEQUENCE的。

EPHEMRAL代表当客户端失去连接时移除该znode。这就是为何PHP脚本会知道超时。SEQUENCE代表在每个znode名称后添加顺序标识。我们通过这些唯一标识来标记worker。

在PHP部分还有些问题要注意。该扩展目前还是beta版，如果使用不当很容易发生segmentation fault。比如，不能传入普通函数作为回调函数，传入的必须为方法。我希望更多PHP社区的同仁可以看到Apache ZooKeeper的好，同时该扩展也会获得更多的支持。

ZooKeeper是一个强大的软件，拥有简洁和简单的API。由于文档和示例都做的很好，任何人都可以很容易的编写分布式软件。让我们开始吧，这会很有趣的。

相关连接：
- Yahoo research on ZooKeeper. 非常好的阅读材料，拥有真实的应用程序示例。如果你只要阅读一份ZooKeeper的资料，那么就是这份了。

- PHP ZooKeeper

- PHP ZooKeeper API

- PHP ZooKeeper example