zookeeper

zookeeper

一、zookeeper 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。

二、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.

三、应用场景

1、统一命名服务

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。
在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。
例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

2、统一配置管理

1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。
（1）一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是
一致的，比如 Kafka 集群。
（2）对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个
节点上。
2）配置管理可交由ZooKeeper实现。
（1）可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。
（2）各个客户端服务器监听这个Znode。
（3）一 旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知
各个客户端服务器。

3、统一管理集群

1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。
（1）可根据节点实时状态做出一些调整。
2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化
（1）可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
（2）监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

4、服务器动态上下线

5、较负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求

四、选举机制（面试重点）

1、Zookeeper 选举机制-第一次启动

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

(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

2、Zookeeper 选举机制-非第一次启动

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

（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。
  
  选举Leader规则： 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

五、zookeeper 启动停止脚本

一般都放在 /home/aex 目录下
输入命令：vim zk.sh 创建一个zookeeper 启动关闭的脚本

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

创建好了，但是这个颜色不大对

输入命令：chmod 777 zk.sh
现在1就对了

六、客户端命令行操作

1、命令行语法

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 [可监听] -w 监听子节点变化-s 附加次级信息
create	获得节点的值 [可监听] -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

输入命令：bin/zkCli.sh -server hadoop102:2181

(2) 显示所有操作命令

输入命令：help

2、znode 节点数据信息

(1) 查看当前znode中所包含的内容

输入命令： ls /

(2) 查看当前节点详细数据

输入命令： ls -s /

（1）czxid：创建节点的事务 zxid
每次修改 ZooKeeper 状态都会产生一个 ZooKeeper 事务 ID。事务 ID 是 ZooKeeper 中所
有修改总的次序。每次修改都有唯一的 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。
（10）dataLength：znode 的数据长度
（11）numChildren：znode 子节点数量

3、节点类型 （持久/短暂/有序号/无序号）

(1) 节点类型

持久（Persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
短暂（Ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除 相当于临时

（1）持久化目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
（2）持久化顺序编号目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
（3）临时目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除
（4）临时顺序编号目录节点
客户端与 Zookeeper 断开连接后 ， 该 节 点 被 删 除 ， 只 是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。
说明：创建znode时设置顺序标识，znode名称
后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数
器，由父节点维护。
注意：在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的时间进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序。

(2) 分别创建2个普通节点（永久节点 + 不带序号）

输入命令：create /sanguo "diaochan" 创建一个三国节点，然后给他一个值，貂蝉
输入命令：ls / 查看我们创建的三国节点

输入命令：create /sanguo/shuguo "liubei" 多目录创建，三国下面创建一个蜀国，然后给他一个值刘备
输入命令：ls /sanguo 进行查看

输入命令：get -s /sanguo 获取节点的信息

(3) 创建节点（带序号）

输入命令：create -s /sanguo/weiguo "caocao" 在 create 后面加上 -s 就是有序号的节点了

(4) 创建临时节点

输入命令：create -e /sanguo/wuguo "sunquan" create 后面加上 -e 就是创建的临时节点了

(5) 创建带序号的临时节点

输入命令：create -e -s /sanguo/wuguo "zhouyu" create 后面加上 -e -s

(6) 修改节点数据值

输入命令：set /sanguo/shuguo "zhangfei"
没修改之前是刘备，我们给他修改成张飞

已经修改为张飞了

七、监听器原理

客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、节点删除、子目录节点增加删除）时，ZooKeeper 会通知客户端。监听机制保证 ZooKeeper 保存的任何的数据的任何改变都能快速的响应到监听了该节点的应用程序。

1、监听器原理详解

1）首先要有一个main()线程
2）在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线程，一个负责网络连接通信（connet），一个负责监听（listener）。
3）通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper。
4）在Zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中。
5）Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程。
6）listener线程内部调用了process()方法

2、常见的监听

1）监听节点数据的变化 get path [watch]
2）监听子节点增减的变化 ls path [watch]

3、节点的值变化监听

(1) 在 hadoop104 主机上注册监听/sanguo 节点数据变化

输入命令：get -w /sanguo

当注册之后，修改节点的值，会被监听

当再次修改，不会有任何的变化，

注意：在hadoop103再多次修改/sanguo的值，hadoop104上不会再收到监听。因为注册 一次，只能监听一次。想再次监听，需要再次注册。

4、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

输入命令：ls -w /sanguo 在hadoop104 节点的/sanguo 下面注册监听。然后在hadoop103的/sanguo下面增加子节点，查看hadoop104会发生什么

输入命令： create /sanguo/jin "simayi" hadoop103 /sanguo 下面创建一个子节点

此时查看 hadoop 104节点
发现刚刚创建 hadoop103 节点创建的子节点的时候，hadoop104 节点已经监听到了

5、节点删除与查看

(1) 删除节点

输入命令：delete /sanguo/jin 删除 /sanguo 下面的 jin 子节点

(2) 递归删除节点

把整个三国都删掉
输入命令：deleteall /sanguo/ 递归删除 /sanguo 节点下的所有
此时查看三国节点已经不存在了

(3) 查看节点状态

输入命令：stat /sanguo

八、客户端 API 操作

前提，保证 hadoop102，hadoop103，hadoop104 服务器上 Zookeeper 集群服务启动。

1、IDEA 环境搭建

(1) 创建一个工程 zookeeper

(2) 添加 pom.xml 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>

(3) 拷贝 log4j.properties 文件到项目根目录

需要在项目的 src/main/resources 目录下，新创建一个文件，命名为 log4j.properties，在文件中添加

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

(4) 创建 com.aex.zk 包

(5) 创建 zkClient 类

package com.aex.zk;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;

public class zkClient {
    //注意：逗号左右不能有空格
    private String connectString = "hadoop102:2101,hadoop103:2101,hadoop104:2101"; //zookeeper 连接的主机地址

    private int sessionTimeout = 2000; //2000 毫秒  连接的时间
    private ZooKeeper zkClient; //作为一个全局变量
    @Before
    public void init() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString,sessionTimeout,new Watcher(){
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent){

            }
        });
    }
    @Test
    public void create() throws InterruptedException, KeeperException {  //创建一个字节点类
        //创建一个持久的节点
        String nodeCreate = zkClient.create("/zookeeper/aex","ss.avi".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    }
}