zookeeper基础知识

什么是Apache ZooKeeper

Apache ZooKeeper是由集群（节点组）使用的一种服务，用于在自身之间协调，并通过稳健的同步技术维护共享数据。ZooKeeper本身是一个分布式应用程序，为写入分布式应用程序提供服务。

通过将分布式应用配置为在更多系统上运行，可以进一步减少完成任务的时间。分布式应用正在运行的一组系统称为 集群，而在集群中运行的每台机器被称为 节点。

分布式应用的优缺点

优点：

• 可靠性 ： 单个或几个系统的故障不会使整个系统出现故障。

• 可扩展性 ：可以在需要时增加性能，通过添加更多机器，在应用程序配置中进行微小的更改，而不会有停机时间。

• 透明性： 隐藏系统的复杂性，并将其显示为单个实体/应用程序。

缺点：

• 竞争条件 - 两个或多个机器尝试执行特定任务，实际上只需在任意给定时间由单个机器完成。例如，共享资源只能在任意给定时间由单个机器修改。

• 死锁 - 两个或多个操作等待彼此无限期完成。

• 不一致 - 数据的部分失败。

前两个问题ZooKeeper使用故障安全同步方法进行处理
不一致性ZooKeeper使用原子性解决

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。

zookeeper架构< Architecture >

架构说明：

部分	描述
Client（客户端）	客户端：分布式应用集群中的一个节点，从服务器访问信息。对于特定的时间间隔，每个客户端向服务器发送消息以使服务器知道客户端是活跃的 <心跳>。类似地，当客户端连接时，服务器发送确认码。如果连接的服务器没有响应，客户端会自动将消息重定向到另一个服务器。
Server（服务器	服务器，ooKeeper总体中的一个节点，为客户端提供所有的服务。向客户端发送确认码以告知服务器是活跃的。
Ensemble	ZooKeeper服务器组。形成ensemble所需的最小节点数为3。
Leader	服务器节点，如果任何连接的节点失败，则执行自动恢复。Leader在服务启动时被选举。
Follower	跟随leader指令的服务器节点。

zookeeper层次命名空间

上图描述了用于内存表示的ZooKeeper文件系统的树结构。
ZooKeeper节点称为 znode 。每个znode由一个名称标识，并用路径(/)序列分隔。

• 有一个由“/”分隔的znode。在根目录下，有两个逻辑命名空间 config 和 workers 。
• config 命名空间用于集中式配置管理，workers 命名空间用于命名。
• 在 config 命名空间下，每个znode最多可存储1MB的数据。这种结构的主要目的是存储同步数据并描述znode的元数据。此结构称为ZooKeeper数据模型。

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ZooKeeper数据模型中的每个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。最多可以存储1MB的数据。

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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。

• 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。

zookeeper Sessions（会话）

会话对于ZooKeeper的操作非常重要。会话中的请求按FIFO(先进先出算法)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。