Zookeeper watch倾斜？

记一次Zookeeper生产问题定位

新手向，大佬莫搞

1.问题背景

了解Druid想必都知道Druid对Zookeeper是强依赖，Druid的任务调度，数据负载均衡等等都是组件服务之间通过Zookeeper通信实现的。为此，在生产环境上我们也自运维了一个Zookeeper集群，专门用来为Druid服务。相应的，我们也部署了一些监控脚本，以实时关注Zookeeper集群的健康状态。今天的这个问题也是通过这些告警信息反映出来的。
问题的主要现象是，Zookeeper集群会偶尔告警，ZNode超过阈值，ZWatch超过阈值。这个情况之前也有出现过，但是因为部门这边没有人深入的了解过Zookeeper组件，加之这个阈值不会持续，所以这个问题的研究虽然提上了日程，但是迟迟没有花时间去解决。最近这方面的告警愈发的频繁了，考虑到我们Druid集群的数据量越来越大，出于对组件服务稳定性和服务能力的保障，我们决定对这个问题进行一次“深入”地研究。

2. 动手之前的疑惑...

即使没有用过Zookeeper，相信大家也都应该了解它是干嘛的。它是一个开源的分布式协调服务，主要用于解决分布式场景下数据一致性问题。 那么对于它的客户端而言，看到的数据应该是一致的，那么既然是一致的，为什么我们的告警只有那么一两台显示ZNode和ZWatch超过阈值呢？呵！莫非我的认知是错误的？嗯，得验证！
所以我的第一个目标，确认一个问题，ZNode和ZWatch在各个服务节点上都一致？

3. 查看集群指标

目前Zookeeper集群的监控信息获取大致有是三个途径：

• 四字命令：一些由四个字母组成的命令，可以通过socket发送给zookeeper服务器以返回需要的指标信息，例如我们关心的znode和zwatch数量，客户端连接数等等；
• JMX: 可以通过jdk自带的jconsle查看服务进程的相关信息；
• AdminServer: 在zookeeper 3.5.0中，Zookeeper内嵌了jetty服务，以提供http接口给管理员。遗憾的是我们的生产集群用的是zookeeper 3.4.6,所以，我全程没用这个东西。 JMX 我也没用，因为我们出现的问题跟节点压力应该无关，所以进程的一些信息只是通过简单的java自带命令行工具查看了。

3.1 部分四字命令

下面是定位过程中会用到的一些四字命令说明：

命令	作用
mntr	这个命令一般是用户集群监控用的，返回集群大部分的指标信息，感觉从每个命令中抽出一部分指标组成返回的结果
stat	返回Zookeeper服务节点的一些状态信息和客户端的连接状况
srvr	返回zookeeper服务节点的指标信息，跟stat相似，但是没它那么详细，但是看起来更加简洁
ruok	检测zookeeper指定的zookeeper服务器是否能够正常服务，如果服务正常就会返回imok。值得这个只是检测单个节点的服务，即使得到结果是imok也不能表名这个节点在集群中能够提供正常服务。imok只能表明它作为单个zookeeper服务是OK的。
wchs	查看节点watch数量

以下是每个命令返回的结果展示：

• Mntr

  
  
  

  Mntr

• Stat

  
  
  

  Stat

• Srvr

  
  
  

  Srvr

• Ruok

  
  
  

  Ruok

• Wchs

  
  
  

  Wchs

3.2 Zxid和Mode

上一节的一些命令都会带有这两个属性，这里想对他们做稍微详细一点的说明。
Mode
在Zookeeper集群中，服务的角色类型一共有三种，分别是Leader,Follower和Observer。其中三个节点都可以为客户端提供读服务，但是只有Leader能够提供写服务。而Follower和Observer的区别在于Observer参与Zookeeper集群的Leader选举和"过半写成功"机制。所以Observer能够在影响集群的其他性能的情况下，提升集群的读性能。

Zxid
作为分布式协调服务，Zookeeper实现了顺序一致性。顺序一致性要求Zookeeper对于客户端请求的事务操作要严格按照先后顺序执行，而且不同的事务之间本就可能有先后顺序的依赖关系。例如C事务的执行和提交需要A,B事务的完成。
ZAB（Zookeeper原子广播协议）的事务提交过程类似于二阶段提交，其消息广播协议具有FIFO特性，这样可以确保事务消息在网络广播的发送和接受过程中具有顺序性。在广播的过程中，Zookeeper的leader会根据客户端的事务请求生成一个Proposal，同时为这个Proposal生成一个全局单调递增的Zxid（事务ID）。Zxid是一个64位数，其中低32位表示的是事务操作顺序。高32位可以的集群Leader的"朝代"，即epoch，也是递增的，每次有新的leader产生，它就会从本地的事务日志中取出最大的Zxid，解析出到高32位，并进行加1操作，之后再将低32位置为0。它表示了leader的更迭，当然还有其他的用处，这里与我们需要定位的问题没有太大联系，不做赘述。
ZAB通过Zxid对Proposal进行排序与处理，以确保顺序一致性。Leader会为每个Follower维护一个FIFO的事务队列，确保每个事务都是按照该Zxid递增处理的。
所以我们可以通过Zxid判断集群之前的数据同步等相关的操作是否有异常。

四. 问题分析定位流程

1. 查看每个节点的Znode和Zwatch
   通过命令echo mntr | nc 查看了每个Zookeeper节点的状态，发现不同的节点之间Znode的数量基本一致，5台节点中有3台的ZWatch在75W左右。但是，其中有2台节点的ZWatch数量比其他的节点多了10W，在85W左右。
   至此，我们大概可以可以得出结论，ZNode在不同的节点之间都是一样的，但是ZWatch不一定。

但是为什么呢？为什么ZNode在每个节点之间都是一样的，而ZWatch不是？

其实对于前者，我们很好理解。因为Zookeeper保证了单一视图，即无论client连接的是哪个节点 ，他们看到的数据都是一样的（无法确保每时每刻每个客户端看到的视图都是一样的，但是一段时间后最终是一样的）。所以每个节点的数据，这里就是ZNode都是一样的。
而ZWatch作为Zookeeper客户端对服务端添加的一个监听。并不是为了实现单一视图，实际上真正关心这个ZWatch的只有它的创建者，即创建这个Watch的客户端。客户端并不会关心别人创建的ZWatch，同时它们也没有这些ZWatch的回调函数。
查看了一下Zookeeper的客户端代码，就会发现，实际上客户端创建的ZWatch是他们自己通过WatchManager维护的。也就是说ZWatch的数量是由客户端决定的，客户端创建的ZWatch比较多，那么他连接的服务端ZWatch就会多一些。

2. 确认客户端问题
   在第一步中我们推断出是因为客户端导致的ZWatch数量有差距，但是为什么只有两台比其他的节点多，而其他的节点又比较均衡呢？
   这里我猜测有两个原因：其一，如果每个客户端创建的ZWatch数量相差不多的情况下，客户端连接倾斜的话，则有可能导致ZWatch的倾斜；其二，如果客户端连接没有倾斜的话，那么某些客户端创建的ZWatch数量比较多的话，也会导致其连接的服务端ZWatch倾斜。

针对以上两个猜想，我开始一一验证。首先是客户端连接是否会倾斜？
我们平时编码Zookeeper客户端时都是把服务器列表作为构造参数传递进去的。所以这一块我追了一下Zookeeper客户端的源码，想看看他是怎么处理这个列表的。这一看，透透的！
在创建Zookeeper客户端的时候，ZK会把我们host列表封装到HostProvider对象中，在这个对象中他会把我们的host放到一个列表中，并对这个列表进行shuffle，如下：

^_^

之后客户端就会按照这个shuffle后的顺序连接服务端，连接断开时也会拿列表中的下一个host进行连接。即使是同一个list，shuffle后的顺序也不一定是一样的。这就确保了只要服务端地址的配置是一样的，那么每个客户端的连接都是随机的，基本上不会有连接倾斜的情况发生。

从上面的分析我们可以看到，只要配置的服务端host是一致的，客户端基本上不会出现连接倾斜的情况。那么我们就需要验证第二种猜想了，说是猜想，其实从我们上面的分析来看，如果某些客户端创建的ZWatch数量比较多的话，肯定是会导致其连接的服务端ZWatch倾斜。我要做的其实就是找出这些客户端。
我们再回头看看问题。Druid作为Zookeeper的客户端，其每个节点服务都是Zookeeper的客户端。首先是historical节点，生产上historical节点数量远大于5（Zookeeper集群节点数量），所以相对而言，这些节点的连接都会相对均衡一些，即便是有差距，也是在很小的区间内波动。同理，MiddleManger和Broker的数量也是远大于5的。
与他们不同的就是Druid的主节点了，目前生产上的主节点采用的是HA，而Druid的主节点我们可以理解有两个，一个是Coordinator服务，Overlord服务。备用节点不考虑的话，也就是说我们会有2个特殊的客户端。
哎！！！好像跟ZK集群的情况对应上了。是不是这两个服务导致的ZWatch分布不均衡。那我们就得先找到这个两个客户端连接的Zookeeper服务器。
0X01
首先查看主节点的进程，注意要是主节点。jps -ml

主节点

获得主节点进程号。
0X02
查看主节点监听的端口号（ZK客户端） netstat -anp |grep

找服务器

这就找到了主节点连接的Zookeeper服务器，另一个主节点同理。
这样就确认了2台Zookeeper服务端。通过 srvr命令查看各个节点Watch数量。果然，这两个节点的ZWatch数量比其他三台要多。与预期相符！

小结：

不结了！就跟上面说的一样，Zookeeper服务在大部分场景下还是比较稳定的。在高并发场景下可能出现问题（反正目前我们是没有遇到过），这种情况下可能需要考虑扩容，或者增加Observer节点。再者，也有可能出现数据同步的问题(我们也没遇到过^ _ ^)，可以试试跟官网学习，停服务，删除所有的snapshot文件和transactionLog，重启！
还有就是Zookeeper源码导入和编译测试。需要用ant转成Eclipse的项目才能导入到IDEA，我也不会用ant，网上也有一些东西，以后要是遇到这个问题，可以搜搜，谨记！