07-Zookeeper特性与节点数据类型详解

什么是Zookeeper？
分布式协调框架，主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

Zookeeper 核心概念
为 Zookeeper 是一个用于存储少量数据的基于内存的数据库，主要有如下两个核心的概念：文件系统数据结构+监听通知机制。
文件系统数据结构
Zookeeper维护一个类似文件系统的数据结构

每个子目录项都被称作为 znode(目录节点)，和文件系统类似，我们能够自由的增加、删除znode，在一个znode下增加、删除子znode。

有四种类型的znode：
1、PERSISTENT­持久化目录节点
客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只要不手动删除该节点，他将永远存在
2、 PERSISTENT_SEQUENTIAL­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、EPHEMERAL­临时目录节点
客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除
4、EPHEMERAL_SEQUENTIAL­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
5. Container 节点
（3.5.3 版本新增，如果Container节点下面没有子节点，则Container节点在未来会被Zookeeper自动清除,定时任务默认60s 检查一次）
6.TTL 节点
( 默认禁用，只能通过系统配置 zookeeper.extendedTypesEnabled=true 开启，不稳定)

监听通知机制
客户端注册监听它关心的任意节点，或者目录节点及递归子目录节点

1. 如果注册的是对某个节点的监听，则当这个节点被删除，或者被修改时，对应的客户端将被通知
2. 如果注册的是对某个目录的监听，则当这个目录有子节点被创建，或者有子节点被删除，对应的客户端将被通知
3. 如果注册的是对某个目录的递归子节点进行监听，则当这个目录下面的任意子节点有目录结构的变化（有子节点被创建，或被删除）或者根节点有数据变化时，对应的客户端将被通知。

注意：所有的通知都是一次性的，及无论是对节点还是对目录进行的监听，一旦触发，对应的监听即被移除。递归子节点，监听是对所有子节点的，所以，每个子节点下面的事件同样只会被触发一次。

Zookeeper 经典的应用场景

1. 分布式配置中心
2. 分布式注册中心
3. 分布式锁
4. 分布式队列
5. 集群选举
6. 分布式屏障
7. 发布/订阅

Zookeeper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

Zookeeper 的 ACL 权限控制( Access Control List )
Zookeeper 的ACL 权限控制,可以控制节点的读写操作,保证数据的安全性，Zookeeper ACL 权限设置分为 3 部分组成，分别是：权限模式（Scheme）、授权对象（ID）、权限信息。

Scheme（权限模式）：用来设置 ZooKeeper 服务器进行权限验证的方式。ZooKeeper 的权限验证方式大体分为两种类型：
范围验证
所谓的范围验证就是说 ZooKeeper 可以针对一个 IP 或者一段 IP 地址授予某种权限。比如我们可以让一个 IP 地址为“ip：192.168.0.110”的机器对服务器上的某个数据节点具有写入的权限。或者也可以通过“ip:192.168.0.1/24”给一段 IP 地址的机器赋权。
口令验证
也可以理解为用户名密码的方式。在 ZooKeeper 中这种验证方式是 Digest 认证，而 Digest 这种认证方式首先在客户端传送“username:password”这种形式的权限表示符后，ZooKeeper 服务端会对密码 部分使用 SHA-1 和 BASE64 算法进行加密，以保证安全性。

Super权限模式,
Super可以认为是一种特殊的 Digest 认证。具有 Super 权限的客户端可以对 ZooKeeper 上的任意数据节点进行任意操作。

授权对象（ID）
授权对象就是说我们要把权限赋予谁，而对应于 4 种不同的权限模式来说，如果我们选择采用 IP方式，使用的授权对象可以是一个 IP 地址或 IP 地址段；而如果使用 Digest 或 Super 方式，则对应于一个用户名。如果是 World 模式，是授权系统中所有的用户。

权限信息（Permission）
权限就是指我们可以在数据节点上执行的操作种类，如下所示：在 ZooKeeper 中已经定义好的权限有 5 种：

数据节点（c: create）创建权限，授予权限的对象可以在数据节点下创建子节点；
数据节点（w: wirte）更新权限，授予权限的对象可以更新该数据节点；
数据节点（r: read）读取权限，授予权限的对象可以读取该节点的内容以及子节点的列表信息；
数据节点（d: delete）删除权限，授予权限的对象可以删除该数据节点的子节点；
数据节点（a: admin）管理者权限，授予权限的对象可以对该数据节点体进行 ACL 权限设置。

命令：
getAcl：获取某个节点的acl权限信息
setAcl：设置某个节点的acl权限信息
addauth: 输入认证授权信息，相当于注册用户信息，注册时输入明文密码，zk将以密文的形式存储。

ZooKeeper 内存数据和持久化
Zookeeper数据的组织形式为一个类似文件系统的数据结构，而这些数据都是存储在内存中的，所以我们可以认为，Zookeeper是一个基于内存的小型数据库。

事务日志
针对每一次客户端的事务操作，Zookeeper都会将他们记录到事务日志中，当然，Zookeeper也会将数据变更应用到内存数据库中。我们可以在zookeeper的主配置文件zoo.cfg 中配置内存中的数据持久化目录，也就是事务日志的存储路径 dataLogDir. 如果没有配置dataLogDir（非必填）, 事务日志将存储到dataDir （必填项）目录。

Zookeeper进行事务日志文件操作的时候会频繁进行磁盘IO操作，事务日志的不断追加写操作会触发底层磁盘IO为文件开辟新的磁盘块，即磁盘Seek。因此，为了提升磁盘IO的效率，Zookeeper在创建事务日志文件的时候就进行文件空间的预分配- 即在创建文件的时候，就向操作系统申请一块大一点的磁盘块。这个预分配的磁盘大小可以通过系统参数zookeeper.preAllocSize 进行配置。

事务日志文件名为： log.<当时最大事务ID>，应为日志文件时顺序写入的，所以这个最大事务ID也将是整个事务日志文件中，最小的事务ID，日志满了即进行下一次事务日志文件的创建

数据快照
数据快照用于记录Zookeeper服务器上某一时刻的全量数据，并将其写入到指定的磁盘文件中。
可以通过配置snapCount配置每间隔事务请求个数，生成快照，数据存储在dataDir 指定的目录中。

快照事务日志文件名为： snapshot.<当时最大事务ID>，日志满了即进行下一次事务日志文件的创建

有了事务日志，为啥还要快照数据。
快照数据主要时为了快速恢复， 事务日志文件是每次事务请求都会进行追加的操作，而快照是达到某种设定条件下的内存全量数据。所以通常快照数据是反应当时内存数据的状态。事务日志是更全面的数据，所以恢复数据的时候，可以先恢复快照数据，再通过增量恢复事务日志中的数据即可。