快速掌握Zookeeper及Java API

Apache ZooKeeper是一个分布式协调服务，它简化了分布式应用程序开发。Apache Hadoop、HBase等项目依赖Zookeeper，用于领导者选举、配置管理、节点协调、服务租约管理等。
ZooKeeper集群节点将数据存储在共享层级命名空间中，类似于标准的文件系统或树状数据结构。本文将展示如何使用Zookeeper的Java API来存储、更新和删除存储在Zookeeper中的信息。

Zookeeper安装和命令

从官网下载最新版安装包，如apache-zookeeper-3.5.10-bin.tar.gz 。 为了简化，我们的示例使用单机版本，详细步骤参考安装文档。单机版本没有副本，如果Zookeeper处理异常，服务会停止。

单机环境很简单，解压即完成安装。使用下面命令启动Zookeeper服务：

./zkServer.sh start

输出内容如下：

ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: E:\dev-tools\zookeeper\conf\zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED

Zookeeper采用层级命名空间(类似于分布式文件系统)存储协调数据，如状态信息、协调信息、位置信息等。这些信息存储在不同节点上。在Zookeeper上的每个节点称为ZNode。zk中创建的节点分为两种：永久性节点和临时性节点。永久性节点即创建以后，在不执行delete命令的前提下，该节点是永久存在的；而临时节点与session有关，每个客户端与zk建立链接的时候会生成一个session，这个session不会因为链接zk服务器节点的变化而变化，只有当客户端断开连接以后，该session才会消失，而临时节点会随着session的消失而消失。

下面介绍常用的Zookeeper CLI示例。使用zkCli.sh 默认server为127.0.0.1：2181,在本机操作可以省略：zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181。后面跟上要执行的命令。下面通过命令创建节点，然后获取节点的值。

• 创建节点

 .\bin\zkCli.cmd create /FirstNode v001

在命名空间的根节点上创建FirstNode节点，并设定值为v001.

• 获取节点值

 .\bin\zkCli.cmd get /FirstNode

• 更新节点值

.\bin\zkCli.cmd set /FirstNode new001

• 删除节点

.\bin\zkCli.cmd delete /FirstNode

Java Api 示例

首先加入依赖：

    org.apache.zookeeper
    zookeeper
    3.4.11

下面通过java API 创建节点、更新节点、返回数据。

ZooKeeper Java API主要由两个包组成:
org.apache.zookeeper:它定义了ZooKeeper客户端库的主类，以及很多ZooKeeper事件类型和状态的静态定义。
org.apache.zookeeper.data:它定义了与znode相关的特征，如访问控制列表(ACL)、id、统计信息等.

还有一些ZooKeeper Java api用于服务端实现，比如org.apache.zookeeper.server,org.apache.zookeeper.server.quorum,org.apache.zookeeper.server.upgrade。但这些超出了本文的范围。

连接Zookeeper实例

下面代码创建ZkConnection类，用于连接或关闭连接正在运行的Zookeeper服务：

public class ZKConnection {
    private ZooKeeper zoo;
    final CountDownLatch connectionLatch = new CountDownLatch(1);

    public ZooKeeper connect(String host) throws IOException, InterruptedException {
        zoo = new ZooKeeper(host, 2000, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent we) {
                if (we.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
                    connectionLatch.countDown();
                }
            }
        });
        connectionLatch.await();
        return zoo;
    }

    public void close() throws InterruptedException {
        zoo.close();
    }
}

要使用Zookeeper服务，应用程序首先需要实例化ZooKeeper 类，它是Zookeeper客户端的主类。在connect方法中，实例化ZooKeeper类，为了保证连接成功，注册了回调方法，处理从Zookeeper服务端传回的连接确认事件WatchedEvent ，方法内使用CountDownLatch的countdown方法，用于解除阻塞并返回连接实例。一旦建立到服务器的连接，给客户端分配会话ID。为了保持会话有效，客户端应该定期向服务器发送心跳。只要它的会话ID仍然有效，则客户端可以调用ZooKeeper api。

客户端操作

首先定义操作接口，用于操作ZNode，如创建节点、更新节点值、获取节点值：

import org.apache.zookeeper.KeeperException;

public interface ZKManager {
    /**
     * Create a Znode and save some data
     *
     * @param path path
     * @param data data
     */
    void create(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException;

    /**
     * Get ZNode Data
     *
     * @param path path
     * @param  watchFlag flag
     */
    Object getZNodeData(String path, boolean watchFlag);

    /**
     * Update the ZNode Data
     *
     * @param path path
     * @param data data
     */
    void update(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException, KeeperException;
}

接口实现类：

public class ZKManagerImpl implements ZKManager {
    private static ZooKeeper zkeeper;
    private static ZKConnection zkConnection;

    public ZKManagerImpl() {
        initialize();
    }

    /** * Initialize connection */
    private void initialize() {
        try {
            zkConnection = new ZKConnection();
            zkeeper = zkConnection.connect("localhost");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }

    public void closeConnection() {
        try {
            zkConnection.close();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }

    @Override
    public void create(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException {
        zkeeper.create(path, data, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    }

    @Override
    public Object getZNodeData(String path, boolean watchFlag) {
        try {
            byte[] b;
            b = zkeeper.getData(path, null, null);
            String data = new String(b, StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println(data);
            return data;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void update(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException {
        int version = zkeeper.exists(path, true)
                .getVersion();
        zkeeper.setData(path, data, version);
    }
}

上面代码中，connect 和 disconnect方法调用之前创建ZKConnection类的实例。create方法创建ZNode节点，参数为路径以及内容对应的字节数组，为了演示我们没有使用ACL，且为持久节点，即使客户端断开连接节点也不会被删除。

getZNodeData方法从ZooKeeper中获取ZNode数据的逻辑非常简单。最后使用update方法，检查ZNode在给定路径是否存在。除此之外，为了更新数据首先检查ZNode是否存在并获得当前版本。然后用ZNode路径、data和当前版本作为参数调用setData方法。只有传入的版本与最新版本匹配，ZooKeeper才会更新数据。

总结

在开发分布式应用程序时，Apache ZooKeeper作为分布式协调服务起着至关重要的作用。特别是对于存储共享配置、选择主节点等应用场景。ZooKeeper还提供了优雅的javaAPI，用于客户端应用程序代码与ZooKeeper znode间无缝通信。