Zookeeper 入门（1）：特点，集群的开启与启动，选举机制

概念

zookeeper 的工作机制

• 观察者模式，观察与注册
  

基本特点

• 1）Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
• 2）集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。所 以Zookeeper适合安装奇数台服务器。
• 3）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。
• 4）更新请求顺序执行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行。
• 5）数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
• 6）实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

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。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。与文件系统相似

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。

• 统一的命名服务
  

• 统一的配置管理
  

  • 统一集群管理
    

• 服务器动态上下线
  

• 软负载均衡
  

Zookeeper 的安装

软件下载

• 下载地址：https://zookeeper.apache.org/
• 图形如下：
  
  

本地模式安装

1）安装前准备

• （1）安装 JDK
• （2）拷贝 apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz 安装包到 Linux 系统下
• （3）解压到指定目录

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

• （4）修改名称

  [atguigu@hadoop102 module]$ mv apache-zookeeper-3.5.7 -bin/zookeeper-3.5.7
  

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；

  [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
  

配置参数解读

• 1）tickTime = 2000：通信心跳时间，Zookeeper 服务器与客户端心跳时间，单位毫秒：
  
• 2）initLimit = 10：LF 初始通信时限，Leader 和 Follower 初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量）
• 3）syncLimit = 5 ：LF同步通信时限，Leader和Follower之间通信时间如果超过syncLimit * tickTime，Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。
• 4）dataDir：保存 Zookeeper 中的数据
  注意：默认的 tmp 目录，容易被Linux系统定期删除，所以一般不用默认的tmp目录。
• 5）clientPort = 2181：客户端连接端口，通常不做修改。

Zookeeper 集群操作

1）集群规划

在 hadoop102、hadoop103 和 hadoop104 三个节点上都部署 Zookeeper。
思考：如果是 10 台服务器，需要部署多少台 Zookeeper？

2）解压安装

• （1）在 hadoop102 解压 Zookeeper 安装包到/opt/module/目录下

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

• （2）修改apache-zookeeper-3.5.7-bin 名称为 zookeeper-3.5.7

  [atguigu@hadoop102 module]$ mv apache-zookeeper-3.5.7-bin/ 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 zkData
  

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

  [atguigu@hadoop102 zkData]$ vi myid
  

  在文件中添加与 server 对应的编号（注意：上下不要有空行，左右不要有空格）

  注意：添加 myid 文件，一定要在 Linux 里面创建，在 notepad++里面很可能乱码

• （3）拷贝配置好的 zookeeper 到其他机器上

  [atguigu@hadoop102 module ]$ xsync zookeeper-3.5.7
  

  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） 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。

• （4）同步 zoo.cfg 配置文件

  [atguigu@hadoop102 conf]$ xsync zoo.cfg
  

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-3.4.5]# bin/zkServer.sh status JMX enabled by default Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg Mode: follower
  

6) 集群的启动与停止脚本

• 1）在 hadoop102 的 /home/atguigu/bin 目录下创建脚本

  [atguigu@hadoop102 bin]$ vim zk.sh
  

  在脚本中编写如下内容

  #!/bin/bash
  case $1 in
  "start"){
         
  	for i in hadoop102 hadoop103 hadoop104
  	do
  		echo ---------- zookeeper $i 启动 ------------
  		ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start"
  	done
  };;
  "stop"){
         
  for i in hadoop102 hadoop103 hadoop104
  do
   	echo ---------- zookeeper $i 停止 ------------ 
  	ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh 
  stop"
  done
  };;
  "status"){
         
  for i in hadoop102 hadoop103 hadoop104
  do
  	 echo ---------- zookeeper $i 状态 ------------ 
  	ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh 
  status"
  done
  };;
  esac
  

• 2）增加脚本执行权限

  [atguigu@hadoop102 bin]$ chmod u+x zk.sh
  

• 3）Zookeeper 集群启动脚本

  [atguigu@hadoop102 module]$ zk.sh start
  

• 4）Zookeeper 集群停止脚本

  [atguigu@hadoop102 module]$ zk.sh stop
  

投票机制

Zookeeper 选举机制——第一次启动

需要的变量

• SID： 服务器 ID。用来唯一标识一台 ZooKeeper 集群中的机器，每台机器不能重复，和 myid 一致。
• ZXID： 事务 ID 。ZXID 是一个事务 ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的 ZXID 值不一定完全一致，这和ZooKeeper 服务器对于客户端 “更新请求” 的处理逻辑有关。
• Epoch： 每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加

具体步骤

• 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拥有票数一票，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 myid 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。

Zookeeper选举机制——非第一次启动

1）当 ZooKeeper 集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入 Leader 选举：

• 服务器初始化启动。
• 服务器运行期间无法和 Leader 保持连接。

2）而当一台机器进入 Leader 选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态：

• 集群中本来就已经存在一个 Leader。
  对于第一种已经存在 Leader 的情况，机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。

• 集群中确实不存在 Leader。
  假设 ZooKeeper 由 5 台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID 分 别为 8、8、8、7、7，并且此时 SID 为 3 的服务器是Leader。某一时刻，
  3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。

  • 对于（EPOCH，ZXID，SID ）
    SID 为1、2、4的机器投票情况： （1，8，1） （1，8，2） （1，7，4）

• 选举Leader规则： 深度递进优先

  • ①EPOCH 大的直接胜出
  • ②EPOCH 相同，事务id大的胜出
  • ③事务id相同，服务器id大的胜出