Zookeeper应用场景和底层设计

一、什么是zookeeper

Zookeeper是一个开源分布式协调服务框架,它是服务于其它集群式框架的框架。

【简言之】
有一个服务A,以集群的方式提供服务。只需要A专注于它提供的服务就可以,至于它如何以多台服务器协同完成任务的事情,交给Zookeeper来协调。

【底层设计逻辑】
1)基于观察者设计模式
2)等价于文件系统+通知机制

【数据存储的方式】
zookeeper是文件系统,当然是像树一样的结构存储
1)每个节点都有唯一路径标识
2)每个节点默认只能存储1M数据

【zookeeper运行规则】
1)支持一个leader,多个follower组成的集群方式运行
2)集群中半数以上节点存活,zookeeper就能提供正常的服务
3)集群中的每个服务器上保存的数据都完全相同,具有数据一致性
4)同一个客户端的请求会按照请求的顺序执行
5) 数据更新具有原子性,要么全部更新成功,要么不更新

【zookeeper中节点类型】
是否持久(-e参数)
1)持久型:客户端与服务器端断开连接后,创建节点不删除create /nodename
2)短暂型:客户端与服务器端断开连接后,创建节点自己删除create -e /nodename
是否有序列号(-s参数)
1)有create -s /nodename: /nodename0000000003 可依据序号进行全局的事务排序
2)无create /nodename: /nodename
容器节点
1)当子节点都不存在后,容器节点就会自动消失
TTL节点
1)当超过时间,自动消失

【zookeeper中节点信息】
1)存储的数据信息
2)路径信息
3)节点的元数据
4)子节点信息

二、zookeeper应用场景

1、统一命名:唯一名称标识

Zookeeper应用场景和底层设计_第1张图片

2、统一配置管理:所有节点配置信息一致、更新后快速更新到各个节点上

Zookeeper应用场景和底层设计_第2张图片

3、统一集群管理:每一个节点可以立即感知到其它节点的变化

Zookeeper应用场景和底层设计_第3张图片

4、 服务器节点动态上下线

Zookeeper应用场景和底层设计_第4张图片

5、软负载均衡

Zookeeper应用场景和底层设计_第5张图片

三、zookeeper中相关的底层原理

1、选举机制

集群的机器数量是奇数还是偶数?
答:当然是奇数好,不然容易平票

怎样一种情况表示选举成功?
答:投票数最先超过半数的机器成为leader,不论先来后到

机器状态有哪些?
1)looking:选举态
2)leading:当官态,正常工作态
3)following:随从态,正常工作态

选票格式是什么样的,如何比较各个信息?
答:每一张选票上包含三个信息
1)epoch:参加过几次选举
2)zxid:最大事务ID
3)sid:服务器编号
按照顺序依次比较,谁大选谁

什么时候开始选举?
答:分两种情况
【情况1——zookeeper集群搭建过程中】
在没有选出leader之前都处于looking状态,并且新加进来一个机器就组织一次选举直到选出leader,后面新加进来的机器都是follower。
【情况2——集群运行过程中,leader“挂掉了”】
如果是某个follower认为leader挂掉了,实际上leader在正常工作。这种情况下,不会进行选举,只是要求该follower不断尝试与leader获取连接直到成功。
如果leader真的挂掉了,会在所有正常工作的follower中安装选票信息进行重新选举。

如何判断leader是否挂掉了?
答:在工作过程中,leader会发送带有ping的信息给follower,当follower一段时间内没有读取到该信息,就可以任务该leader挂掉了。

2、CAP理论

CAP分别是指一致性(Consistency),可用性(Consistency)和分区容忍性(Partition tolerance):

  • 一致性:数据保持强一致性
  • 可用性:服务器可提供完备的服务
  • 分区容忍性:容灾,分区存备份

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