一篇搞定zookeeper

一、Zookeeper入门

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了变化，Zookeeper就负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应.

Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

2、特点

3、数据结构

4 、应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

统一命名服务：

统一配置管理：

统一集群管理：

服务器动态上下线：

负载均衡：

二、zookeeper安装

1、本地模式安装部署

1）安装前准备

（1）安装Jdk

（2）拷贝Zookeeper安装包到Linux系统下

（3）解压到指定目录

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.5.7.tar.gz -C /opt/module/

2）配置修改

（1）将/opt/module/zookeeper-3.5.7/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg（这一步不是必须）；

[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件，修改dataDir路径：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ vim zoo.cfg

修改如下内容：

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData

（3）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/这个目录上创建zkData文件夹

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ mkdir zkData

3）操作Zookeeper

（1）启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看进程是否启动

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ jps

4020 Jps

4001 QuorumPeerMain

（3）查看状态：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh status

ZooKeeper JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: standalone

（4）启动客户端：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkCli.sh

（5）退出客户端：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

（6）停止Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh stop

（可以配置PATH环境变量，以便于在其他目录下启停zookeeper）

2、 配置参数解读

Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下：

1）tickTime =2000：通信心跳数，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒

Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。

它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)

2）initLimit =10：LF初始通信时限

集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器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 =5：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。

4）dataDir：数据文件目录+数据持久化路径

主要用于保存Zookeeper中的数据。

5）clientPort =2181：客户端连接端口

监听客户端连接的端口。

三、 Zookeeper实战（开发重点）

1、分布式安装部署

1）集群规划

在hadoop102、hadoop103和hadoop104三个节点上部署Zookeeper。

2）解压安装

（1）解压Zookeeper安装包到/opt/module/目录下

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.5.7.tar.gz -C /opt/module/

（2）同步/opt/module/zookeeper-3.5.7目录内容到hadoop103、hadoop104

[atguigu@hadoop102 module]$ xsync zookeeper-3.5.7/

3）配置服务器编号

（1）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/这个目录下创建zkData

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ mkdir -p zkData

（2）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData目录下创建一个myid的文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ 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

（3）编辑myid文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ vi myid

在文件中添加与server对应的编号：

2

（4）拷贝配置好的zookeeper到其他机器上

[atguigu@hadoop102 zkData]$ xsync myid

并分别在hadoop103、hadoop104上修改myid文件中内容为3、4

4）配置zoo.cfg文件

（1）重命名/opt/module/zookeeper-3.5.7/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg

[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ vim zoo.cfg

修改数据存储路径配置

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData

增加如下配置

#######################cluster##########################

server.2=hadoop102:2888:3888

server.3=hadoop103:2888:3888

server.4=hadoop104:2888:3888

（3）同步zoo.cfg配置文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ xsync zoo.cfg

（4）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；

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。

B是这个服务器的地址；

C是这个服务器Follower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。

5）集群操作

（1）分别启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看状态

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: leader

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

2、 客户端命令行操作

命令基本语法	功能描述
help	显示所有操作命令
ls path	使用 ls 命令来查看当前znode的子节点 -w 监听子节点变化 -s 附加次级信息
create	普通创建 -s 含有序列 （如果节点下为空，序号从0开始） -e 临时（创建临时节点的客户端重启或者超时临时节点消失）
get path	获得节点的值 -w 监听节点内容变化 -s 附加次级信息
set	设置节点的具体值
stat	查看节点状态
delete	删除节点
deleteall	递归删除节点

1）启动客户端

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkCli.sh
（输入quit回车后退出客户端）

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）查看当前节点详细数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls -s /

[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  （0x0表示此节点不是临时节点，否则是临时节点）

dataLength = 0  （节点的数据长度）

numChildren = 1   （子节点的数量）

5）分别创建2个普通节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create /sanguo "diaochan"

Created /sanguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /sanguo/shuguo "liubei"

Created /sanguo/shuguo
（ “” 中的值是节点的值，可以get读取，或者创建节点后set设置）

6）获得节点的值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /sanguo

diaochan

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get -s /sanguo

diaochan

cZxid = 0x100000003

ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

mZxid = 0x100000003

mtime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

pZxid = 0x100000004

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 7

numChildren = 1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7]

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] get -s /sanguo/shuguo

liubei

cZxid = 0x100000004

ctime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018

mZxid = 0x100000004

mtime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018

pZxid = 0x100000004

cversion = 0

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 6

numChildren = 0

7）创建临时节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -e /sanguo/wuguo "zhouyu"

Created /sanguo/wuguo

（1）在当前客户端是能查看到的

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] ls /sanguo 

[wuguo, shuguo]

（2）退出当前客户端然后再重启客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.5.7]$ 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 /sanguo

[shuguo]

8）创建带序号的节点

​ （1）先创建一个普通的根节点/sanguo/weiguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /sanguo/weiguo "caocao"

Created /sanguo/weiguo

​ （2）创建带序号的节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /sanguo/weiguo "caocao"

Node already exists: /sanguo/weiguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -s /sanguo/weiguo "caocao"

Created /sanguo/weiguo0000000000

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /sanguo/weiguo "caocao"

Created /sanguo/weiguo0000000001

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] create -s /sanguo/weiguo "caocao"

Created /sanguo/weiguo0000000002

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] ls /sanguo

[shuguo, weiguo, weiguo0000000000, weiguo0000000001, weiguo0000000002, wuguo]

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6]

如果节点下原来没有子节点，序号从0开始依次递增。如果原节点下已有2个节点，则再排序时从2开始，以此类推。

9）修改节点数据值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] set /sanguo/weiguo "caopi"

10）节点的值变化监听（监听是一次性的，只会通知一次，再次改变不会通知）

​ （1）在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点数据变化

 [zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get -w /sanguo

​ （2）在hadoop103主机上修改/sanguo节点的数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] set /sanguo "xishi"

​ （3）观察hadoop104主机收到数据变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/sanguo

11）节点的子节点变化监听（路径变化）

​ （1）在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点的子节点变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls -w /sanguo

[aa0000000001, server101]

​ （2）在hadoop103主机/sanguo节点上创建子节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /sanguo/jin "simayi"

Created /sanguo/jin

​ （3）观察hadoop104主机收到子节点变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/sanguo

12）删除节点（delete只能删除空节点，即节点下没有子节点）

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /sanguo/jin

13）递归删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] deleteall /sanguo/shuguo

14）查看节点状态

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] stat /sanguo

cZxid = 0x100000003

ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

mZxid = 0x100000011

mtime = Wed Aug 29 00:21:23 CST 2018

pZxid = 0x100000014

cversion = 9

dataVersion = 1

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 4

numChildren = 1

3、API应用

1）idea环境搭建

创建一个module，添加pom文件

<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>junitgroupId>
			<artifactId>junitartifactId>
			<version>RELEASEversion>
		dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.apache.logging.log4jgroupId>
			<artifactId>log4j-coreartifactId>
			<version>2.8.2version>
		dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.apache.zookeepergroupId>
			<artifactId>zookeeperartifactId>
			<version>3.5.7version>
		dependency>
dependencies>

拷贝log4j.properties文件到项目根目录

需要在项目的src/main/resources目录下，新建一个文件，命名为“log4j.properties”，在文件中填入。

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

2）代码示例

package com.atguigu.zk;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;
import java.util.List;

/**

- @author layne

- @create 2020-07-27 16:08

- 客户端代码常用套路

- 1.获取客户端对象

- 2.用客户端对象做各种操作

- 3.关闭客户端对象

- 最经典的案例: hdfs  zookeeper
  */
  public class ZkClinet {
     

  private String connectString;
  private int sessionTimeout;
  private ZooKeeper zkClient;

  @Before
  public void init() throws IOException {
     
      connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";
      sessionTimeout = 4000;
      //1 获取客户端对象
      zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
     
          @Override
          public void process(WatchedEvent event) {
     


      }
  });


  }

  @After
  public void close() throws InterruptedException {
     
      //3 关闭客户端对象
      zkClient.close();
  }

  /**

  - 获取子节点列表,不监听
    */
    @Test
    public void ls() throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
     

    //2.用客户端对象做各种操作
    List<String> children = zkClient.getChildren("/", false);
    System.out.println(children);

  }

  /**

  - 获取子节点列表,并监听
    */
    @Test
    public void lsAndWatch() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    List<String> children = zkClient.getChildren("/", new Watcher() {
     
        @Override
        public void process(WatchedEvent event) {
     
            System.out.println(event);
            System.out.println("0523 is the best of atguigu");
        }
    });

    System.out.println(children);

    Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

  /**

  - 创建子节点
    */
    @Test
    public void create() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //参数解读 1.创建节点的路径  2.节点的值  3.节点的权限(这个不用管,选个open完事) 4.节点的类型
    //zkClient.create("/atguigu","shangguigu".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
    zkClient.create("/atguigu2", "shangguigu".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);

    Thread.sleep(10000);
    }

  /**

  - 获取子节点的值,不监听
    */
    @Test
    public void get() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //判断节点是否存在
    Stat stat = zkClient.exists("/atguigu", false);
    if (stat == null) {
     
        System.out.println("节点不存在...");
        return;
    }
    //能走到这,说明节点存在
    byte[] data = zkClient.getData("/atguigu", false, stat);

    System.out.println(new String(data));
    }

  /**

  - 获取节点的值,并且监听
    */
    @Test
    public void getAndWatch() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //判断节点是否存在
    Stat stat = zkClient.exists("/atguigu", false);
    if (stat == null) {
     
        System.out.println("节点不存在...");
        return;
    }

    byte[] data = zkClient.getData("/atguigu", new Watcher() {
     
        @Override
        public void process(WatchedEvent event) {
     
            System.out.println(event);
        }
    }, stat);
    System.out.println(new String(data));

    //线程阻塞,睡一会
    Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

  /**

  - 设置节点的值
    */
    @Test
    public void set() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //判断节点是否存在
    Stat stat = zkClient.exists("/atguigu", false);
    if (stat == null) {
     
        System.out.println("节点不存在...");
        return;
    }
    zkClient.setData("/atguigu", "shang".getBytes(), stat.getVersion());
    }

  /**

  - 删除空节点
    */
    @Test
    public void delete() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //判断节点是否存在
    Stat stat = zkClient.exists("/aaa", false);
    if (stat == null) {
     
        System.out.println("节点不存在...");
        return;
    }
    zkClient.delete("/aaa", stat.getVersion());
    }

  /**

  - 删除非空节点,利用递归实现
    */
    public void deleteAll(String path, ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {
     
    //判断节点是否存在
    Stat stat = zkClient.exists(path, false);
    if (stat == null) {
     
        System.out.println("节点不存在...");
        return;
    }
    //如果传入的节点存在,获取一下传入节点的子节点
    List<String> children = zk.getChildren(path, false);
    //先判断,如果children为null,说明传入节点没有子节点
    if (children.isEmpty()) {
     
        zk.delete(path, stat.getVersion());
    } else {
     
        //如果传入节点有子节点,遍历
        for (String child : children) {
     
            //删除传入节点的子节点,因为不知道子节点下面还有没有孙子节点,所以要递归调用自己
            deleteAll(path + "/" + child,zk);   //path = /aaa   child=bbb   /aaa/bbb
        }
        //删除掉所有字几点以后,还要删除传入的节点
        zk.delete(path,stat.getVersion());
    }
    }

//写一个方法,测试一下deleteAll
@Test
public void testDeleteAll() throws KeeperException, InterruptedException {
     
    deleteAll("/aaa",zkClient);
}

}

四、Zookeeper内部原理

1、节点类型

创建临时节点的客户端退出后，临时节点消失

2、Stat结构体

（1）czxid-创建节点的事务zxid

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)

（3）mzxid - znode最后更新的事务zxid

（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。（0x0是持久节点，否则是临时节点）

（10）dataLength- znode的数据长度

（11）numChildren - znode子节点数量

3 、监听器原理（面试重点）

4、选举机制（面试重点）

（1）半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。

（2）Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Leader和Follwer。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，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么。

​ Zookeeper的选举机制

（1）服务器1启动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为LOOKING；

（2）服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的ID比自己目前投票推举的（服务器1）大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING

（3）服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；

（4）服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；

（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

5、写数据流程

（leader自己也会写）

五、企业面试真题

1、 请简述ZooKeeper的选举机制

详见4.4。

2、ZooKeeper的监听原理是什么？

详见4.3。

3、ZooKeeper的部署方式有哪几种？集群中的角色有哪些？集群最少需要几台机器？

（1）部署方式单机模式、集群模式

（2）角色：Leader和Follower

（3）集群最少需要机器数：3

4、ZooKeeper的常用命令

ls 、create 、get 、delete 、set等等