ZooKeeper 提供了什么？思维导图 代码示例（java 架构)

ZooKeeper 提供了一组核心服务和特性，旨在简化分布式系统的构建。它通过一个简单的接口来实现同步、配置管理、分组和命名等功能。下面我将提供一个关于ZooKeeper所提供的服务和特性的思维导图大纲，并给出一些Java代码示例以说明如何使用这些功能。

思维导图大纲

1. ZooKeeper提供的核心服务

• 命名服务（Naming Service）
  • 分布式系统中唯一标识资源
• 配置管理（Configuration Management）
  • 集中化管理和动态更新配置信息
• 分布式锁（Distributed Locks）
  • 实现互斥访问共享资源
• 队列管理（Queue Management）
  • 创建有序的任务处理队列
• 领导者选举（Leader Election）
  • 选择集群中的领导者节点
• 屏障（Barrier）
  • 控制多个客户端同时进入或离开某个状态

2. 数据模型与层次结构

• 树状数据结构
  • 类似文件系统的层级组织
• 路径表示法
  • /作为根节点，子节点用斜杠分隔
• 节点类型
  • 持久节点（PERSISTENT）
  • 临时节点（EPHEMERAL）
  • 序号节点（SEQUENTIAL）

3. API与编程语言支持

• 官方Java客户端
  • org.apache.zookeeper.ZooKeeper
• 其他语言绑定
  • Python, C++, Go等

4. 可靠性保证

• 强一致性
  • 使用Zab协议确保所有服务器达成一致
• 高可用性
  • 通过复制和自动故障转移提高可用性
• 持久性
  • 事务日志记录每一步操作

5. 监控与维护工具

• 四字母命令（Four Letter Words）
  • 如stat, ruok, mntr等用于检查状态
• 日志分析
  • 解析日志文件以诊断问题
• 性能监控
  • 使用Prometheus, Grafana等工具进行监控

6. 安全机制

• ACL（Access Control Lists）
  • 细粒度权限控制
• 身份验证
  • 支持Kerberos, SASL等多种认证方式
• 加密通信
  • SSL/TLS加密网络传输

7. 应用场景示例

• 微服务架构中的服务发现
  • 动态注册和查找服务实例
• 大数据处理平台的协调
  • Hadoop, Kafka等使用ZooKeeper进行集群管理
• 容器编排系统
  • Kubernetes利用ZooKeeper进行节点管理和任务调度

Java代码示例

连接到ZooKeeper并创建持久节点

import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

import java.io.IOException;

public class ZKCreatePersistentNode {

    private static final String ZOOKEEPER_ADDRESS = "localhost:2181";
    private static final int SESSION_TIMEOUT = 3000;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
        // 创建ZooKeeper实例
        ZooKeeper zk = new ZooKeeper(ZOOKEEPER_ADDRESS, SESSION_TIMEOUT, event -> {
            if (event.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
                System.out.println("Connected to ZooKeeper");
            }
        });

        // 等待连接建立
        Thread.sleep(1000);

        try {
            // 创建持久节点
            String path = "/example/persistent-node";
            byte[] data = "Hello Persistent Node".getBytes();
            zk.create(path, data, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            System.out.println("Created persistent node: " + path);

            // 获取节点数据
            byte[] retrievedData = zk.getData(path, false, null);
            System.out.println("Node data: " + new String(retrievedData));
        } finally {
            zk.close();
        }
    }
}

创建临时节点和序号节点

import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

import java.io.IOException;

public class ZKCreateEphemeralSequentialNode {

    private static final String ZOOKEEPER_ADDRESS = "localhost:2181";
    private static final int SESSION_TIMEOUT = 3000;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
        // 创建ZooKeeper实例
        ZooKeeper zk = new ZooKeeper(ZOOKEEPER_ADDRESS, SESSION_TIMEOUT, event -> {});

        // 等待连接建立
        Thread.sleep(1000);

        try {
            // 创建临时节点
            String ephemeralPath = zk.create("/example/ephemeral-node", "Ephemeral Data".getBytes(),
                                             Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
            System.out.println("Created ephemeral node: " + ephemeralPath);

            // 创建序号节点
            String sequentialPath = zk.create("/example/sequential-node-", "Sequential Data".getBytes(),
                                              Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL);
            System.out.println("Created sequential node: " + sequentialPath);
        } finally {
            zk.close();
        }
    }
}

设置Watcher监听节点变化

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

public class ZKWatcher implements Watcher {

    private ZooKeeper zk;

    public ZKWatcher(ZooKeeper zk) {
        this.zk = zk;
    }

    @Override
    public void process(WatchedEvent event) {
        System.out.println("Received event: " + event.getType());
        if (event.getType() == Event.EventType.NodeCreated) {
            System.out.println("Node created: " + event.getPath());
        } else if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {
            System.out.println("Node deleted: " + event.getPath());
        } else if (event.getType() == Event.EventType.NodeDataChanged) {
            System.out.println("Node data changed: " + event.getPath());
        }
        // 重新注册Watcher以便持续监听
        try {
            zk.exists(event.getPath(), this);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在主程序中使用这个Watcher：

// 在获取节点数据时注册Watcher
byte[] data = zk.getData("/example/persistent-node", new ZKWatcher(zk), null);

使用ZooKeeper进行领导者选举

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.leader.LeaderSelector;
import org.apache.curator.framework.recipes.leader.LeaderSelectorListenerAdapter;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;

public class LeaderElectionExample extends LeaderSelectorListenerAdapter {

    private CuratorFramework client;
    private LeaderSelector selector;

    public LeaderElectionExample(String connectString, String namespace) {
        client = CuratorFrameworkFactory.newClient(connectString, new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
        client.start();
        selector = new LeaderSelector(client, "/" + namespace + "/leadership", this);
        selector.autoRequeue();
    }

    @Override
    public void takeLeadership(CuratorFramework client) throws Exception {
        System.out.println("I am the leader!");
        // 执行领导者职责...
        Thread.sleep(5000); // 模拟工作时间
    }

    public void start() {
        selector.start();
    }

    public void close() throws InterruptedException {
        selector.close();
        client.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LeaderElectionExample election = new LeaderElectionExample("localhost:2181", "example");
        election.start();
        Thread.sleep(60000); // 让程序运行一段时间
        election.close();
    }
}

请注意，上述代码片段展示了如何使用Curator框架来简化ZooKeeper的操作，特别是对于复杂的模式如领导者选举。如果你还没有添加Curator依赖，请确保项目中包含了正确的库依赖。例如，在Maven项目中可以在pom.xml中添加以下依赖项：

<dependency>
    <groupId>org.apache.curatorgroupId>
    <artifactId>curator-frameworkartifactId>
    <version>5.2.0version> 
dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curatorgroupId>
    <artifactId>curator-recipesartifactId>
    <version>5.2.0version> 
dependency>

注意事项

• 依赖管理：确保项目中包含了正确的ZooKeeper库依赖。
• 安全性：考虑启用身份验证和加密通信以保护ZooKeeper集群。
• 容错处理：设计应用程序时考虑到网络分区、节点失败等情况下的行为。
• 性能优化：根据实际负载调整会话超时时间和线程池大小等参数。

希望这个思维导图大纲和代码示例能帮助你更好地理解和使用ZooKeeper提供的各种服务。如果你有更具体的问题或需要进一步的帮助，请随时告诉我。