zookeeper是什么
Zookeeper,一种分布式应用的协作服务,是Google的Chubby一个开源的实现,是Hadoop的分布式协调服务,它包含一个简单的原语集,应用于分布式应用的协作服务,使得分布式应用可以基于这些接口实现诸如同步、配置维护和分集群或者命名的服务。
zookeeper是一个由多个service组成的集群,一个leader,多个follower,每个server保存一份数据部分,全局数据一致,分布式读写,更新请求转发由leader实施.
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,数据更新原子性,一次数据更新要么成功,要么失败,全局唯一数据试图,client无论连接到哪个server,数据试图是一致的.
为什么要用zookeeper
大部分分布式应用需要一个主控、协调器或控制器来管理物理分布的子进程（如资源、任务分配等）,目前,大部分应用需要开发私有的协调程序,缺乏一个通用的机制.协调程序的反复编写浪费,且难以形成通用、伸缩性好的协调器,ZooKeeper：提供通用的分布式锁服务,用以协调分布式应用
zookeeper工作原理
zookeeper的核心是原子广播,这个机制保证了各个server之间的同步,实现这个机制的协议叫做Zab协议.Zab协议有两种模式,他们分别是恢复模式和广播模式.
1.当服务启动或者在领导者崩溃后,Zab就进入了恢复模式,当领导着被选举出来,且大多数server都完成了和leader的状态同步后,恢复模式就结束了.状态同步保证了leader和server具有相同的系统状态.
2.一旦leader已经和多数的follower进行了状态同步后,他就可以开始广播消息了,即进入广播状态.这时候当一个server加入zookeeper服务中,它会在恢复模式下启动,发下leader,并和leader进行状态同步,待到同步结束,它也参与广播消息.
说明:
广播模式需要保证proposal被按顺序处理,因此zk采用了递增的事务id号(zxid)来保证.所有的提议(proposal)都在被提出的时候加上了zxid.实现中zxid是一个64为的数字,它高32位是epoch用来标识leader关系是否改变,每次一个leader被选出来,它都会有一个新的epoch.低32位是个递增计数.
当leader崩溃或者leader失去大多数的follower,这时候zk进入恢复模式,恢复模式需要重新选举出一个新的leader,让所有的server都恢复到一个正确的状态.
zookeeper服务一致维持在Broadcast状态,直到leader崩溃了或者leader失去了大部分的followers支持.
Broadcast模式极其类似于分布式事务中的2pc（two-phrase commit 两阶段提交）：即leader提起一个决议,由followers进行投票,leader对投票结果进行计算决定是否通过该决议,如果通过执行该决议（事务）,否则什么也不做.
Leader选举
每个Server启动以后都询问其它的Server它要投票给谁,对于其他server的询问,server每次根据自己的状态都回复自己推荐的leader的id和上一次处理事务的zxid（系统启动时每个server都会推荐自己）,收到所有Server回复以后,就计算出zxid最大的哪个Server,并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server.计算这过程中获得票数最多的的sever为获胜者,如果获胜者的票数超过半数,则改server被选为leader.否则,继续这个过程,直到leader被选举出来.leader就会开始等待server连接,Follower连接leader,将最大的zxid发送给leader,Leader根据follower的zxid确定同步点,完成同步后通知follower 已经成为uptodate状态,Follower收到uptodate消息后,又可以重新接受client的请求进行服务了.
zookeeper的数据模型
层次化的目录结构,命名符合常规文件系统规范
每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识
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
Znode中的数据可以有多个版本,比如某一个路径下存有多个数据版本,那么查询这个路径下的数据就需要带上版本
客户端应用可以在节点上设置监视器,节点不支持部分读写,而是一次性完整读写
Zoopkeeper 提供了一套很好的分布式集群管理的机制,就是它这种基于层次型的目录树的数据结构,并对树中的节点进行有效管理,从而可以设计出多种多样的分布式的数据管理模型
Zookeeper的节点
Znode有两种类型,短暂的（ephemeral）和持久的（persistent）
Znode的类型在创建时确定并且之后不能再修改
短暂znode的客户端会话结束时,zookeeper会将该短暂znode删除,短暂znode不可以有子节点
持久znode不依赖于客户端会话,只有当客户端明确要删除该持久znode时才会被删除
Znode有四种形式的目录节点,PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL.
znode 可以被监控,包括这个目录节点中存储的数据的修改,子节点目录的变化等,一旦变化可以通知设置监控的客户端,这个功能是zookeeper对于应用最重要的特性,
通过这个特性可以实现的功能包括配置的集中管理,集群管理,分布式锁等等.
Zookeeper的角色
领导者（leader）,负责进行投票的发起和决议,更新系统状态
学习者（learner）,包括跟随者（follower）和观察者（observer）.
follower用于接受客户端请求并想客户端返回结果,在选主过程中参与投票
Observer可以接受客户端连接,将写请求转发给leader,但observer不参加投票过程,只同步leader的状态,observer的目的是为了扩展系统,提高读取速度
客户端（client）,请求发起方
Watcher
Watcher 在 ZooKeeper 是一个核心功能,Watcher 可以监控目录节点的数据变化以及子目录的变化,一旦这些状态发生变化,服务器就会通知所有设置在这个目录节点上的 Watcher,从而每个客户端都很快知道它所关注的目录节点的状态发生变化,而做出相应的反应
可以设置观察的操作：exists,getChildren,getData
可以触发观察的操作：create,delete,setData
znode以某种方式发生变化时,“观察”（watch）机制可以让客户端得到通知.
可以针对ZooKeeper服务的“操作”来设置观察,该服务的其他 操作可以触发观察.
比如,客户端可以对某个客户端调用exists操作,同时在它上面设置一个观察,如果此时这个znode不存在,则exists返回 false,如果一段时间之后,这个znode被其他客户端创建,则这个观察会被触发,之前的那个客户端就会得到通知.
Zookeeper集群搭建
Zookeeper 不仅可以单机提供服务,同时也支持多机组成集群来提供服务,实际上Zookeeper还支持另外一种伪集群的方式,也就是可以在一台物理机上运行多个Zookeeper实例.
Zookeeper通过复制来实现高可用性,只要集合体中半数以上的机器处于可用状态,它就能够保证服务继续。
集群容灾性:
3台机器只要有2台可用就可以选出leader并且对外提供服务(2n+1台机器,可以容n台机器挂掉)。