zookeeper概述

简介

Zookeeper作为Hadoop和Hbase的重要组件，可以为分布式应用程序协调服务
ZooKeeper框架最初是在“Yahoo!”上构建的。后来，Apache ZooKeeper成为Hadoop，HBase和其他分布式框架使用的有组织服务的标准。例如，Apache HBase使用ZooKeeper跟踪分布式数据的状态。
ZooKeeper提供的常见服务 :

命名服务 - 按名称标识集群中的节点。它类似于DNS，但仅对于节点。
配置管理 - 加入节点的最近的和最新的系统配置信息。
集群管理 - 实时地在集群和节点状态中加入/离开节点。
选举算法 - 选举一个节点作为协调目的的leader。
锁定和同步服务 - 在修改数据的同时锁定数据。此机制可帮助你在连接其他分布式应用程序（如Apache HBase）时进行自动故障恢复。
高度可靠的数据注册表 - 即使在一个或几个节点关闭时也可以获得数据。

使用ZooKeeper的好处：

简单的分布式协调过程
同步 - 服务器进程之间的相互排斥和协作。此过程有助于Apache HBase进行配置管理。

有序的消息

序列化 - 根据特定规则对数据进行编码。确保应用程序运行一致。这种方法可以在MapReduce中用来协调队列以执行运行的线程。
可靠性
原子性 - 数据转移完全成功或完全失败，但没有事务是部分的。

zookeeper架构

zookeeper架构.png

znode

ZooKeeper节点称为 znode 。每个znode由一个名称标识，并用路径(/)序列分隔。
每个znode都维护着一个 stat 结构。
一个stat仅提供一个znode的元数据。它由版本号，操作控制列表(ACL)，时间戳和数据长度组成。

版本号 - 每个znode都有版本号，这意味着每当与znode相关联的数据发生变化时，其对应的版本号也会增加。当多个zookeeper客户端尝试在同一znode上执行操作时，版本号的使用就很重要。
操作控制列表(ACL) - ACL基本上是访问znode的认证机制。它管理所有znode读取和写入操作。
时间戳 - 时间戳表示创建和修改znode所经过的时间。它通常以毫秒为单位。ZooKeeper从“事务ID"(zxid)标识znode的每个更改。Zxid 是唯一的，并且为每个事务保留时间，以便你可以轻松地确定从一个请求到另一个请求所经过的时间。
数据长度 - 存储在znode中的数据总量是数据长度。你最多可以存储1MB的数据。

Znode的类型:
Znode被分为持久（persistent）节点，顺序（sequential）节点和临时（ephemeral）节点。

持久节点 - 即使在创建该特定znode的客户端断开连接后，持久节点仍然存在。默认情况下，除非另有说明，否则所有znode都是持久的。
临时节点 - 客户端活跃时，临时节点就是有效的。当客户端与ZooKeeper集合断开连接时，临时节点会自动删除。因此，只有临时节点不允许有子节点。如果临时节点被删除，则下一个合适的节点将填充其位置。临时节点在leader选举中起着重要作用。
顺序节点 - 顺序节点可以是持久的或临时的。当一个新的znode被创建为一个顺序节点时，ZooKeeper通过将10位的序列号附加到原始名称来设置znode的路径。例如，如果将具有路径 /myapp 的znode创建为顺序节点，则ZooKeeper会将路径更改为 /myapp0000000001 ，并将下一个序列号设置为0000000002。如果两个顺序节点是同时创建的，那么ZooKeeper不会对每个znode使用相同的数字。顺序节点在锁定和同步中起重要作用。

Sessions（会话）

会话对于ZooKeeper的操作非常重要。会话中的请求按FIFO顺序执行。一旦客户端连接到服务器，将建立会话并向客户端分配会话ID 。

客户端以特定的时间间隔发送心跳以保持会话有效。如果ZooKeeper集合在超过服务器开启时指定的期间（会话超时）都没有从客户端接收到心跳，则它会判定客户端死机。

会话超时通常以毫秒为单位。当会话由于任何原因结束时，在该会话期间创建的临时节点也会被删除。

Watches（监视）

监视是一种简单的机制，使客户端收到关于ZooKeeper集合中的更改的通知。客户端可以在读取特定znode时设置Watches。Watches会向注册的客户端发送任何znode（客户端注册表）更改的通知。

Znode更改是与znode相关的数据的修改或znode的子项中的更改。只触发一次watches。如果客户端想要再次通知，则必须通过另一个读取操作来完成。当连接会话过期时，客户端将与服务器断开连接，相关的watches也将被删除。

Zookeeper 工作流

一旦ZooKeeper集合启动，它将等待客户端连接。客户端将连接到ZooKeeper集合中的一个节点。它可以是leader或follower节点。一旦客户端被连接，节点将向特定客户端分配会话ID并向该客户端发送确认。如果客户端没有收到确认，它将尝试连接ZooKeeper集合中的另一个节点。一旦连接到节点，客户端将以有规律的间隔向节点发送心跳，以确保连接不会丢失。

如果客户端想要读取特定的znode，它将会向具有znode路径的节点发送读取请求，并且节点通过从其自己的数据库获取来返回所请求的znode。为此，在ZooKeeper集合中读取速度很快。
如果客户端想要将数据存储在ZooKeeper集合中，则会将znode路径和数据发送到服务器。连接的服务器将该请求转发给leader，然后leader将向所有的follower重新发出写入请求。如果只有大部分节点成功响应，而写入请求成功，则成功返回代码将被发送到客户端。否则，写入请求失败。绝大多数节点被称为 Quorum 。

最好添加奇数的节点，例如3，5，7。我们知道写入过程比ZooKeeper集合中的读取过程要贵，因为所有节点都需要在数据库中写入相同的数据。因此，对于平衡的环境拥有较少数量（例如3，5，7）的节点比拥有大量的节点要好。

Zookeeper leader选举

一个集群中有N个节点。leader选举的过程如下：

所有节点创建具有相同路径 /app/leader_election/guid_ 的顺序、临时节点。
ZooKeeper集合将附加10位序列号到路径，创建的znode将是 /app/leader_election/guid_0000000001，/app/leader_election/guid_0000000002等。
对于给定的实例，在znode中创建最小数字的节点成为leader，而所有其他节点是follower。
每个follower节点监视下一个具有最小数字的znode。例如，创建znode/app/leader_election/guid_0000000008的节点将监视znode/app/leader_election/guid_0000000007，创建znode/app/leader_election/guid_0000000007的节点将监视znode/app/leader_election/guid_0000000006。
如果leader关闭，则其相应的znode/app/leader_electionN会被删除。
下一个在线follower节点将通过监视器获得关于leader移除的通知。
下一个在线follower节点将检查是否存在其他具有最小数字的znode。如果没有，那么它将承担leader的角色。否则，它找到的创建具有最小数字的znode的节点将作为leader。
类似地，所有其他follower节点选举创建具有最小数字的znode的节点作为leader。

Zookeeper 安装

需要使用JDK 6或更高版本。
Zookeeper 下载地址
下载后提取tar文件

$ cd opt/
$ tar -zxf zookeeper-3.4.6.tar.gz
$ cd zookeeper-3.4.6
$ mkdir data

创建配置文件

$ vi conf/zoo.cfg

tickTime = 2000
dataDir = /path/to/zookeeper/data
clientPort = 2181
initLimit = 5
syncLimit = 2

保存配置文件,启动zookeeper服务器。

$ bin/zkServer.sh start

收到响应

$ JMX enabled by default
$ Using config: /Users/../zookeeper-3.4.6/bin/../conf/zoo.cfg
$ Starting zookeeper ... STARTED

启动CLI

$ bin/zkCli.sh

收到响应

Connecting to localhost:2181
................

Welcome to ZooKeeper!
................
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type: None path:null
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0]

停止ZooKeeper服务器

$ bin/zkServer.sh stop

启动CLI命令后可以执行如下操作
1、创建znode
2、获取数据
3、监视znode的变化
4、设置数据
5、创建znode的子节点
6、列出znode的子节点
7、检查状态
8、移除/删除znode

创建Znodes
用给定的路径创建一个znode。flag参数指定创建的znode是临时的，持久的还是顺序的。默认情况下，所有znode都是持久的。
当会话过期或客户端断开连接时，临时节点（flag：-e）将被自动删除。
顺序节点保证znode路径将是唯一的。
ZooKeeper集合将向znode路径填充10位序列号。例如，znode路径 /myapp 将转换为/myapp0000000001，下一个序列号将为/myapp0000000002。如果没有指定flag，则znode被认为是持久的。
语法
create /path /data
示例

create /FirstZnode “Myfirstzookeeper-app"

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] create /FirstZnode “Myfirstzookeeper-app"
Created /FirstZnode

要创建顺序节点，请添加flag：-s，如下所示。
语法
create -s /path /data
示例

create -s /FirstZnode second-data

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -s /FirstZnode “second-data"
Created /FirstZnode0000000023

要创建临时节点，请添加flag：-e ，如下所示。

语法
create -e /path /data
示例

create -e /SecondZnode “Ephemeral-data"

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -e /SecondZnode “Ephemeral-data"
Created /SecondZnode

记住当客户端断开连接时，临时节点将被删除。你可以通过退出ZooKeeper CLI，然后重新打开CLI来尝试。

获取数据
它返回znode的关联数据和指定znode的元数据。你将获得信息，例如上次修改数据的时间，修改的位置以及数据的相关信息。此CLI还用于分配监视器以显示数据相关的通知。

语法
get /path
示例

get /FirstZnode

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /FirstZnode
“Myfirstzookeeper-app"
cZxid = 0x7f
ctime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
mZxid = 0x7f
mtime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
pZxid = 0x7f
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 22
numChildren = 0

要访问顺序节点，必须输入znode的完整路径。

示例

get /FirstZnode0000000023

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /FirstZnode0000000023
“Second-data"
cZxid = 0x80
ctime = Tue Sep 29 16:25:47 IST 2015
mZxid = 0x80
mtime = Tue Sep 29 16:25:47 IST 2015
pZxid = 0x80
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 13
numChildren = 0

Watch（监视）
当指定的znode或znode的子数据更改时，监视器会显示通知。你只能在 get 命令中设置watch。

语法
get /path [watch] 1
示例

get /FirstZnode 1

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /FirstZnode 1
“Myfirstzookeeper-app"
cZxid = 0x7f
ctime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
mZxid = 0x7f
mtime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
pZxid = 0x7f
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 22
numChildren = 0

输出类似于普通的 get 命令，但它会等待后台等待znode更改。

设置数据
设置指定znode的数据。完成此设置操作后，你可以使用 get CLI命令检查数据。

语法
set /path /data
示例

set /SecondZnode Data-updated

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /SecondZnode “Data-updated"
cZxid = 0x82
ctime = Tue Sep 29 16:29:50 IST 2015
mZxid = 0x83
mtime = Tue Sep 29 16:29:50 IST 2015
pZxid = 0x82
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x15018b47db00000
dataLength = 14
numChildren = 0

如果你在 get 命令中分配了watch选项（如上一个命令），则输出将类似如下所示。

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /FirstZnode “Mysecondzookeeper-app"

WATCHER: :

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/FirstZnode
cZxid = 0x7f
ctime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
mZxid = 0x84
mtime = Tue Sep 29 17:14:47 IST 2015
pZxid = 0x7f
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 23
numChildren = 0

创建子项/子节点
创建子节点类似于创建新的znode。唯一的区别是，子znode的路径也将具有父路径。

语法
create /parent/path/subnode/path data
示例

create /FirstZnode/Child1 firstchildren

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] create /FirstZnode/Child1 “firstchildren"
created /FirstZnode/Child1

列出子项
此命令用于列出和显示znode的子项。

语法
ls /path
示例

ls /MyFirstZnode

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /MyFirstZnode
[mysecondsubnode, myfirstsubnode]

检查状态
状态描述指定的znode的元数据。它包含时间戳，版本号，ACL，数据长度和子znode等细项。

语法

stat /path
示例

stat /FirstZnode

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] stat /FirstZnode
cZxid = 0x7f
ctime = Tue Sep 29 16:15:47 IST 2015
mZxid = 0x7f
mtime = Tue Sep 29 17:14:24 IST 2015
pZxid = 0x7f
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 23
numChildren = 0

移除Znode
移除指定的znode并递归其所有子节点。只有在这样的znode可用的情况下才会发生。

语法
rmr /path
示例

rmr /FirstZnode

输出

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] rmr /FirstZnode
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] get /FirstZnode
Node does not exist: /FirstZnode

删除(delete/path)命令类似于 remove 命令，除了它只适用于没有子节点的znode。