ZooKeeper特性与节点数据类型详解
CAP和BASE理论
参考下面文章的CAP、BASE、一致性分类部分。
传送门：https://blog.csdn.net/u010355502/article/details/132307054
什么是ZooKeeper
官网：https://zookeeper.apache.org
ZooKeeper是一个开源的分布式协调框架，是Apache Hadoop的一个子项目，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题。Zookeeper的设计目标是将那些复杂且容易出错的分布式一致性服务封装起来，构成一个高效可靠的原语集，并以一系列简单易用的接口提供给用户使用。
ZooKeeper本质上是一个分布式的小文件存储系统（Zookeeper=文件系统+监听机制）。提供基于类似于文件系统的目录树方式的数据存储，并且可以对树中的节点进行有效管理，从而用来维护和监控存储的数据的状态变化。通过监控这些数据状态的变化，从而可以达到基于数据的集群管理、统一命名服务、分布式配置管理、分布式消息队列、分布式锁、分布式协调等功能。
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变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。
注册中心图示：
ZooKeeper安装
参考下面安装文章。
传送门：https://blog.csdn.net/u010355502/article/details/132308824
常见的Cli命令
官网命令介绍：https://zookeeper.apache.org/doc/r3.8.0/zookeeperCLI.html
- help
显示所有操作命令
- ls
ls [-s] [-w] [-R] path
使用 ls 命令来查看/监听当前 znode 的子节点。
-s: 节点状态信息（时间戳、版本号、数据大小等）
-w: 监听子节点变化
-R: 表示递归的获取
- create
create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
创建节点。
-s: 创建有序节点
-e: 创建临时节点
-c: 创建一个容器节点
t ttl: 创建一个TTL节点，-t 时间（单位毫秒）
data: 节点的数据，可选，如果不使用时，节点数据就为null
acl: 访问控制
- get
get [-s] [-w] path
获取节点数据信息。
-s: 节点状态信息（时间戳、版本号、数据大小等）
-w: 监听节点变化
- set
set [-s] [-v version] path data
设置节点数据。
-s: 表示节点为顺序节点
-v: 指定版本号
- getAcl
getAcl [-s] path
获取节点的访问控制信息。
-s: 节点状态信息（时间戳、版本号、数据大小等）
- setAcl
setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl
设置节点的访问控制列表。
-s: 节点状态信息（时间戳、版本号、数据大小等）
-v: 指定版本号
-R: 递归的设置
- stat
stat [-w] path
查看节点状态信息。
- delete
delete [-v version] path
删除某一节点，只能删除无子节点的节点。
-v: 表示节点版本号
- deleteAll
deleteall path
递归地删除某一节点及其子节点。
- setquota
setquota -n|-b val path
对节点增加限制。
n: 表示子节点的最大个数
b: 数据值的最大长度，-1表示无限制
ZooKeeper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。
图示：
ZooKeeper的数据模型是层次模型，层次模型常见于文件系统。层次模型和key-value模型是两种主流的数据模型。
ZooKeeper使用文件系统模型主要基于以下两点考虑:
- 文件系统的树形结构便于表达数据之间的层次关系
- 文件系统的树形结构便于为不同的应用分配独立的命名空间( namespace )
ZooKeeper的层次模型称作Data Tree，Data Tree的每个节点叫作ZNode。不同于文件系统，每个节点都可以保存数据，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，每个节点都有一个版本（version），版本从0开始计数。
源码：
public class DataTree {
private final ConcurrentHashMap<String, DataNode> nodes =
new ConcurrentHashMap<String, DataNode>();
private final WatchManager dataWatches = new WatchManager();
private final WatchManager childWatches = new WatchManager();
}
public class DataNode implements Record {
byte data[];
Long acl;
public StatPersisted stat;
private Set<String> children = null;
}
ZNode节点分类
一个ZNode可以是持久性的，也可以是临时性的：
- 持久节点（PERSISTENT）
这样的ZNode在创建之后即使发生ZooKeeper集群宕机或者client宕机也不会丢失。
- 临时节点（EPHEMERAL）
client宕机或者client在指定的timeout时间内没有给ZooKeeper集群发消息，这样的ZNode就会消失。
如果上面两种ZNode具备顺序性，又有以下两种znode：
- 持久顺序节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）
ZNode除了具备持久性ZNode的特点之外，ZNode的名字具备顺序性。
- 临时顺序节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）
ZNode除了具备临时性ZNode的特点之外，ZNode的名字具备顺序性。
ZooKeeper主要用到的是以上4种节点。
- Container节点（3.5.3版本新增）
Container容器节点，当容器中没有任何子节点，该容器节点会被ZK定期删除（定时任务默认60s检查一次)。 和持久节点的区别是ZK服务端启动后，会有一个单独的线程去扫描所有的容器节点，当发现容器节点的子节点数量为0时，会自动删除该节点。可以用于Leader或者锁的场景中。
- TTL节点
带过期时间节点，默认禁用，需要在zoo.cfg中添加extendedTypesEnabled=true开启。注意：ttl不能用于临时节点。
示例：
# 创建持久节点
create /servers xxx
# 创建临时节点
create -e /servers/host xxx
# 创建临时有序节点
create -e -s /servers/host xxx
# 创建容器节点
create -c /container xxx
# 创建ttl节点
create -t 10 /ttl
ZNode节点状态信息
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] stat /jay
cZxid = 0x4
ctime = Tue Aug 15 12:54:52 CST 2023
mZxid = 0x5
mtime = Tue Aug 15 12:57:21 CST 2023
pZxid = 0x4
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 6
numChildren = 0
参数说明：
cZxid：ZNode创建的事务id。
ctime：节点创建时的时间戳。
mZxid：ZNode被修改的事务id，即每次对ZNode的修改都会更新mZxid。
对于zk来说，每次的变化都会产生一个唯一的事务id，zxid（ZooKeeper Transaction Id），通过zxid，可以确定更新操作的先后顺序。例如，如果zxid1小于zxid2，说明zxid1操作先于zxid2发生，zxid对于整个zk都是唯一的，即使操作的是不同的znode。
pZxid：表示该节点的子节点列表最后一次修改的事务ID，添加子节点或删除子节点就会影响子节点列表，但是修改子节点的数据内容则不影响该ID（注意：只有子节点列表变更了才会变更pzxid，子节点内容变更不会影响pzxid）。
mtime：节点最新一次更新发生时的时间戳。
cversion：子节点的版本号。当ZNode的子节点有变化时，cversion的值就会增加1。
dataVersion：数据版本号，每次对节点进行set操作，dataVersion的值都会增加1（即使设置的是相同的数据），可有效避免了数据更新时出现的先后顺序问题。
ephemeralOwner：如果该节点为临时节点，ephemeralOwner值表示与该节点绑定的session id。如果不是, ephemeralOwner值为0（持久节点）。
在client和server通信之前，首先需要建立连接，该连接称为session。连接建立后，如果发生连接超时、授权失败，或者显式关闭连接，连接便处于closed状态，此时session结束。
dataLength：数据的长度。
numChildren：子节点的数量（只统计直接子节点的数量）。
监听通知（watcher）机制
一个Watch事件是一个一次性的触发器，当被设置了Watch的数据发生了改变的时候，则服务器将这个改变发送给设置了Watch的客户端，以便通知它们。
ZooKeeper采用了Watcher机制实现数据的发布订阅功能，多个订阅者可同时监听某一特定主题对象，当该主题对象的自身状态发生变化时例如节点内容改变、节点下的子节点列表改变等，会实时、主动通知所有订阅者。
Watcher机制事件上与观察者模式类似，也可看作是一种观察者模式在分布式场景下的实现方式。
Watcher的过程：
- 客户端向服务端注册watcher
- 服务端事件发生触发watcher
- 客户端回调watcher得到触发事件情况
注意：ZooKeeper中的Watch机制，必须客户端先去服务端注册监听，这样事件发送才会触发监听，通知给客户端。
支持的事件类型：
- None：连接建立事件
- NodeCreated：节点创建
- NodeDeleted：节点删除
- NodeDataChanged：节点数据变化
- NodeChildrenChanged：子节点列表变化
- DataWatchRemoved：节点监听被移除
- ChildWatchRemoved：子节点监听被移除
Watch机制的特性：
- 一次性触发
watcher是一次性的，一旦被触发就会移除，再次使用时需要重新注册客户端。
- 顺序回调
watcher回调是顺序串行执行的，只有回调后客户端才能看到最新的数据状态。一个watcher回调逻辑不应该太多，以免影响别的watcher执行。
- 轻量级
WatchEvent是最小的通信单位，结构上只包含通知状态、事件类型和节点路径，并不会告诉数据节点变化前后的具体内容。
- 时效性
watcher只有在当前session彻底失效时才会无效，若在session有效期内快速重连成功，则watcher依然存在，仍可接收到通知。
示例：
# 监听节点数据的变化
get -w path
stat -w path
# 监听子节点增减的变化
ls -w path