ZooKeeper分布式协调服务组件
大家好今天介绍zookeeper，废话不多说，进入正题
文章目录
- Zookeeper概述
- 1.1 概述
- 1.2 特点
- 1.3 数据结构
- 1.4 应用场景
- 1.5 下载地址
- Zookeeper安装
- 2.1 分布式安装部署
- Zookeeper内部原理
- 3.1 选举机制
- 3.2 节点类型
- 3.3 stat结构体
- 3.4 监听器原理
- 3.5 写数据流程(client向zookeeper写入数据)
- 第4章 Zookeeper实战
- 4.1 客户端命令行操作
- 4.2 API应用
- 4.2.1 Idea环境搭建
- 4.2.2 创建ZooKeeper客户端
- 4.2.3 创建子节点
- 4.2.4 获取子节点并监听
- 4.2.5 判断znode是否存在
Zookeeper概述
1.1 概述
Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。
Zookeeper从设计模式角度来理解：是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应，从而实现集群中类似Master/Slave管理模式
Zookeeper=文件系统（可以在zk上存储数据）+通知机制
微信 公众号 订阅 推送文章
1.2 特点
1）Zookeeper：一个领导者（leader），多个跟随者（follower）组成的集群。
2）Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态
3）Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票
4）集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。
5）全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的。
6）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。
7）数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
8）实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据。
1.3 数据结构
ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。
很显然zookeeper集群自身维护了一套数据结构。这个存储结构是一个树形结构，其上的每一个节点，我们称之为"znode"，每一个znode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识，如图所示
1.4 应用场景
提供的服务包括：服务器节点动态上下线、统一配置管理、负载均衡、集群管理等，如图所示。
统一配置管理
软负载均衡
集群管理
1.5 下载地址
1．官网首页：
https://zookeeper.apache.org/
2．下载截图，如图所示:
Zookeeper下载（一）
Zookeeper下载（二）
Zookeeper下载（三）
Zookeeper安装
2.1 分布式安装部署
1．集群规划
在hadoop101、hadoop102和hadoop103三个节点上部署Zookeeper。
2．解压安装
1）解压zookeeper安装包到/opt/module/目录下
[root@hadoop101 software]# tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/
（2）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData
mkdir -p zkData
（3）重命名/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg
mv zoo_sample.cfg zoo.cfg
尽量用拷贝，为了实际工作出现问题
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
3．配置zoo.cfg文件
（1）具体配置
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData
增加如下配置
#######################cluster##########################
server.1=hadoop101:2888:3888
server.2=hadoop102:2888:3888
server.3=hadoop103:2888:3888
（2）配置参数解读
server.A=B:C:D。
A是一个数字，表示这个是第几号服务器；
B是这个服务器的ip地址；
C是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；
D是万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。
集群模式下配置一个文件myid，这个文件在dataDir目录下，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。
4．集群操作
（1）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件
touch myid
添加myid文件，注意一定要在linux里面创建，在notepad++里面很可能乱码
（2）编辑myid文件
vim myid
在文件中添加与server对应的编号：如1
拷贝：[root@hadoop101 module]# scp -r zookeeper-3.4.10/ hadoop102:/opt/module/
（3）拷贝配置好的zookeeper分发到其他机器上
并分别修改myid文件中内容为2、3
（4）分别启动zookeeper
[root@hadoop101 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[root@hadoop102 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[root@hadoop103 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
（5）查看状态
[root@hadoop101 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower
[root@hadoop102 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: leader
[root@hadoop103 zookeeper-3.4.5]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower
日志：(报错要找日志)[root@hadoop103 zookeeper-3.4.10]#tail -f zookeeper.out
2.2 配置参数解读
解读zoo.cfg 文件中参数含义
1．tickTime：通信心跳数，Zookeeper服务器心跳时间，单位毫秒
Zookeeper使用的基本时间，服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每隔tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。
2．initLimit：LF（leader、follower）初始通信时限
集群中的follower跟随者服务器(F)与leader领导者服务器(L)之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。
3．syncLimit：LF同步通信时限
集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime，
Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。
在运行过程中，Leader负责与ZK集群中所有机器进行通信，例如通过一些心跳检测机制，来检测机器的存活状态。
如果L发出心跳包在syncLimit之后，还没有从F那收到响应，那么就认为这个F已经不在线了。
4．dataDir：数据文件目录+数据持久化路径
保存内存数据库快照信息的位置，如果没有其他说明，更新的事务日志也保存到数据库。
5．clientPort：客户端连接端口
监听客户端连接的端口
Zookeeper内部原理
3.1 选举机制
1）半数机制：==集群中半数以上机器存活，集群可用，否则集群处于瘫痪状态不可用。==所以zookeeper适合装在奇数台机器上；
3 -》 半数以上至少2
5 -》 半数以上至少3
2 个机器的效果跟1个机器效果一样（机器挂掉的容忍度是一样的，要想工作，一个都不能挂）
3个机器最多容忍1个机器挂掉，4个机器最多容忍1个机器挂掉
5个机器最多容忍2个机器挂掉，6个机器最多容忍2个机器挂掉
容忍度一样，为什么我不少装点，少占用点机器
面试题：为什么zookeeper集群往往是奇数个节点？
答：如上描述，使用奇数个即可，效果和偶数个一样，避免资源浪费
2）Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave。但是，zookeeper工作时，是有一个节点为leader，其他则为follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的
3）以一个简单的例子来说明整个选举的过程。
假设有五台服务器组成的zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么，如图所示。
图Zookeeper的选举机制
（1）服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报没有任何响应，所以它的选举状态一直是LOOKING状态。
（2）服务器2启动，它与最开始启动的服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果，由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出，但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3)，所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态。
（3）服务器3启动，根据前面的理论分析，服务器3成为服务器1、2、3中的老大，而与上面不同的是，此时有三台服务器选举了它，所以它成为了这次选举的leader。
（4）服务器4启动，根据前面的分析，理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的，但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3，所以它只能接收当小弟的命了。
（5）服务器5启动，同4一样当小弟。
3.2 节点类型
1．Znode有两种类型
短暂（ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除
持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
2．Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）
（1）持久化目录节点（PERSISTENT）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
（2）持久化顺序编号目录节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
（3）临时目录节点（EPHEMERAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除
（4）临时顺序编号目录节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号，如图所示
3．创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护
4．在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序
3.3 stat结构体
1）czxid- 引起这个znode创建的zxid，创建节点的事务的zxid create znode
每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是ZooKeeper事务ID。
事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生。
2）ctime - znode被创建的毫秒数(从1970年开始) create znode
3）mzxid - znode最后更新的zxid modify
4）mtime - znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)
5）pZxid-znode最后更新的子节点zxid
6）cversion - znode子节点变化号，znode子节点修改次数
7）dataversion - znode数据变化号
8）aclVersion - znode访问控制列表的变化号
9）ephemeralOwner- 如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0。
10）dataLength- znode的数据长度
11）numChildren - znode子节点数量
3.4 监听器原理
1．监听原理详解，如图所示
1）首先要有一个main()线程
2）在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线程，一个负责网络连接通信（connect），一个负责监听（listener）。
3）通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper。
4）在Zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中。
5）Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程。
6）listener线程内部调用了process（）方法。
2．常见的监听
（1）监听节点数据的变化：
get path [watch]
（2）监听子节点增减的变化
ls path [watch]
3.5 写数据流程(client向zookeeper写入数据)
ZooKeeper 的写数据流程主要分为以下几步，如图所示：
1）比如 Client 向 ZooKeeper 的 Server1 上写数据，发送一个写请求。
2）如果Server1不是Leader，那么Server1 会把接受到的请求进一步转发给Leader，因为每个ZooKeeper的Server里面有一个是Leader。这个Leader 会将写请求广播给各个Server，比如Server1和Server2， 各个Server写成功后就会通知Leader。
3）当Leader收到大多数 Server 数据写成功了，那么就说明数据写成功了。如果这里三个节点的话，只要有两个节点数据写成功了，那么就认为数据写成功了。写成功之后，Leader会告诉Server1数据写成功了。
4）Server1会进一步通知 Client 数据写成功了，这时就认为整个写操作成功。ZooKeeper 整个写数据流程就是这样的。
第4章 Zookeeper实战
4.1 客户端命令行操作
1．启动客户端
[root@hadoop101 zookeeper-3.4.10]# bin/zkCli.sh
2．显示所有操作命令
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help
3．查看当前znode中所包含的内容
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zookeeper]
4．查看当前节点数据并能看到更新次数等数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /
[zookeeper]
cZxid = 0x0
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
mZxid = 0x0
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
pZxid = 0x0
cversion = -1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 0
numChildren = 1
5．创建普通节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /app1 "hello app1"
Created /app1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /app1/server101 "192.168.1.101"
Created /app1/server101
6．获得节点的值
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /app1
hello app1
cZxid = 0x20000000a
ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017
mZxid = 0x20000000a
mtime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017
pZxid = 0x20000000b
cversion = 1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 10
numChildren = 1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /app1/server101
192.168.1.101
cZxid = 0x20000000b
ctime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017
mZxid = 0x20000000b
mtime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017
pZxid = 0x20000000b
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 13
numChildren = 0
7．创建短暂节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] create -e /app-emphemeral 8888
（1）在当前客户端是能查看到的
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] ls /
[app1, app-emphemeral, zookeeper]
（2）退出当前客户端然后再重启客户端
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit
[bigdata@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh
（3）再次查看根目录下短暂节点已经删除
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[app1, zookeeper]
8．创建带序号的节点
（1）先创建一个普通的根节点app2
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] create /app2 "app2"
（2）创建带序号的节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] create -s /app2/aa 888
Created /app2/aa0000000000
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] create -s /app2/bb 888
Created /app2/bb0000000001
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] create -s /app2/cc 888
Created /app2/cc0000000002
如果原节点下有1个节点，则再排序时从1开始，以此类推。
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] create -s /app1/aa 888
Created /app1/aa0000000001
9．修改节点数据值
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] set /app1 999
10．节点的值变化监听
（1）在103主机上注册监听/app1节点数据变化
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 26] get /app1 watch
（2）在102主机上修改/app1节点的数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] set /app1 777
（3）观察103主机收到数据变化的监听
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/app1
11．节点的子节点变化监听（路径变化）
（1）在103主机上注册监听/app1节点的子节点变化
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /app1 watch
[aa0000000001, server101]
（2）在102主机/app1节点上创建子节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] create /app1/bb 666
Created /app1/bb
（3）观察103主机收到子节点变化的监听
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/app1
12．删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /app1/bb
13．递归删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] rmr /app2
14．查看节点状态
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] stat /app1
cZxid = 0x20000000a
ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017
mZxid = 0x200000018
mtime = Mon Jul 17 16:54:38 CST 2017
pZxid = 0x20000001c
cversion = 4
dataVersion = 2
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 3
numChildren = 2
注意：监听只管用一次，要想再次监听，只能再次执行监控命令。
4.2 API应用
4.2.1 Idea环境搭建
1．创建一个Maven工程
2．添加pom文件
3．拷贝log4j.properties文件到项目根目录
log4j.properties
log4j.rootLogger=INFO, stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n
log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logfile.File=target/spring.log
log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n
4.2.2 创建ZooKeeper客户端
private ZooKeeper client = null;
@Before
public void getClient() throws Exception {
String connectString = "hadoop101:2181";
int sessionTimeout = 2000;
//第一个参数：要连接要zookeeper的地址和端口号
//第二个参数：连接的超时时间
//第三个参数：观察者
client = new ZooKeeper(connectString , sessionTimeout , new Watcher() {
//这是回调方法，zookeeper发现数据或者子节点发生变化后，则会以调用该方法的形式来通知我
// WatchedEvent event 这里面就封装了变化的详细信息
//这里要写我们自己的业务逻辑
public void process(WatchedEvent event) {
System.err.println(event.getPath()+"-"+event.getType());
try {
//接收到zookeeper的通知之后，再次委托zookeeper进行监听
//client.getChildren("/movie", true);
client.exists("/story", true);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
System.err.println(client);
}
4.2.3 创建子节点
@Test
public void createNode() throws Exception {
//第一个参数：要创建的节点的名称
//第二个参数：给节点添加的数据
//第三个参数：节点的访问控制列表 这里是开放 不安全
//第四个参数：要创建的节点的类型
String create = client.create("/eclipse", "hello".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.err.println("创建"+create+"成功");
}
4.2.4 获取子节点并监听
@Test
public void getChildrenNode() throws Exception {
List children = client.getChildren("/movie", true);
for (String string : children) {
System.err.println(string);
}
//让程序不停
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
4.2.5 判断znode是否存在
@Test
public void getStat() throws Exception {
//第一个参数：要判断的节点
//第二个参数：是否要监听
//监听的节点的创建、删除、节点数据的变化，但是不监听子节点的情况
Stat exists = client.exists("/story", true);
if(exists == null){
System.err.println(“节点不存在”);
}else{
System.err.println(“节点存在”+exists.getDataLength());
}
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
zookeeper就介绍到这里，如有问题，欢迎指正