ZooKeeper 基本介绍

Zookeeper 作为一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，它能提供基于类似于文件系统的目录节点树方式的数据存储， Zookeeper 作用主要是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，从而达到基于数据的集群管理。

1  Zookeeper基本框架

Zookeeper集群主要角色有Leader，Learner（Follower，Observer(当服务器增加到一定程度，由于投票的压力增大从而使得吞吐量降低，所以增加了Observer。）以及client：

Leader：领导者，负责投票的发起和决议，以及更新系统状态

Follower：接受客户端的请求并返回结果给客户端，并参与投票

Observer：接受客户端的请求，将写的请求转发给leader，不参与投票。Observer目的是扩展系统，提高读的速度。

Client:客户端，想Zookeeper发起请求。

Zookeeper的基本框架图如下

 

Leader主要功能：

恢复数据；

维持与Learner的心跳，接收Learner请求并判断Learner的请求消息类型；Learner的消息类型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根据不同的消息类型，进行不同的处理。PING消息是指Learner的心跳信息；REQUEST消息是Follower发送的提议信息，包括写请求及同步请求；ACK消息是Follower的对提议的回复，超过半数的Follower通过，则commit该提议；REVALIDATE消息是用来延长SESSION有效时间。

 

  

Follower基本功能：

向Leader发送请求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；

接收Leader消息并进行处理；

接收Client的请求，如果为写请求，发送给Leader进行投票；

 

Observer主要功能同Follower的唯一不同的地方就是observer不会参加leader发起的投票。

 

Zookeeper配置介绍：

tickTime ：基本事件单元，以毫秒为单位。这个时间是作为 Zookeeper 服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个 tickTime 时间就会发送一个心跳。

dataDir ：存储内存中数据库快照的位置，顾名思义就是 Zookeeper 保存数据的目录，默认情况下，Zookeeper 将写数据的日志文件也保存在这个目录里。

clientPort ：这个端口就是客户端连接 Zookeeper 服务器的端口，Zookeeper 会监听这个端口，接受客户端的访问请求。

initLimit：这个配置项是用来配置 Zookeeper 接受客户端初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数，当已经超过 5 个心跳的时间（也就是 tickTime）长度后 Zookeeper 服务器还没有收到客户端的返回信息，那么表明这个客户端连接失败。总的时间长度就是 5*2000=10 秒。

syncLimit：这个配置项标识 Leader 与 Follower 之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个 tickTime 的时间长度，总的时间长度就是 2*2000=4 秒

server.A = B:C:D : A表示这个是第几号服务器,B 是这个服务器的 ip 地址；C 表示的是这个服务器与集群中的 Leader 服务器交换信息的端口；D 表示的是万一集群中的 Leader 服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的 Leader。

Zookeeper集群下的基本操作：

查看各Zookeeper服务角色：

基本命令操作：

./zookeeper/server004/zookeeper/bin/zkCli.sh

2  Zookeeper基本介绍

Zookeeper 的数据结构是一个树形结构 ，非常类似于一个标准的文件系统。每个子节点项都有唯一的路径标识，如 Server1 节点的标识为 /NameService/Server1。

1). Znode

Zookeeper数据结构中每个节点称为Znode，每个Znode都有唯一的路径，znode 可以有子节点目录，并且每个 znode 可以存储数据。znode是有版本的，每个 znode 中存储的数据可以有多个版本，也就是一个访问路径中可以存储多份数据。

Znode 基本类型 ：

PERSISTENT：持久化znode节点，一旦创建这个znode点存储的数据不会主动消失，除非是客户端主动的delete。

PERSISTENT|SEQUENTIAL：顺序自动编号的znode节点，这种znoe节点会根据当前已近存在的znode节点编号自动加 1，而且不会随session断开而消失。

EPHEMERAL：临时znode节点，Client连接到zk service的时候会建立一个session，之后用这个zk连接实例创建该类型的znode，一旦Client关闭了zk的连接，服务器就会清除session，然后这个session建立的znode节点都会从命名空间消失。总结就是，这个类型的znode的生命周期是和Client建立的连接一样的。

PHEMERAL|SEQUENTIAL：临时自动编号节点，znode节点编号会自动增加，但是会随session消失而消失。

Zookeeper它只负责协调数据，一般 Znode上的数据都比较小以Kb为测量单位。Zookeeper的client和server的实现类都会验证znode存储的数据是否小于1M。如果数据比较大时，Server之间进行数据同步会消耗比较长的时间，影响系统性能。

2).Watcher

Zookeeper中znode产生某种行为（事件）时，如何让客户端得到通知，进行相关操作？Zookeeper中使用Watcher机制，可以针对ZooKeeper服务的“操作”来设置观察，该服务的其他操作可以触发观察。

Zookeeper中的watcher机制类型：

Exists:在path上执行NodeCreated ,NodeDeleted ,NodeDataChanged .

getData Watcher: 在path上执行 NodeDataChanged ,NodeDeleted .

getChildrenWatcher:在paht上执行NodeDeleted .或在子path上执行NodeCreated ,NodeDeleted 。

Zookeeper中对于某个节点设置Watcher是一次性的，在Znode上watcher触发后会删除该Watcher，所以如果需要对某个Znode节点进行长期关注，在事件触发后，需要在该Znode上重置Watcher。

 

3）.基本操作

创建节点：

Stringcreate(String path,byte[] data, List<ACL> acl,CreateMode createMode)

创建一个给定的目录节点 path, 并给它设置数据，CreateMode 标识有四种形式的目录节点

删除节点：

void delete(String path,int version)

删除 path 对应的目录节点，version 为 -1 可以匹配任何版本，也就删除了这个目录节点所有数据

查询节点是否存在：

Stat exists(String path,boolean watch/Watcher watcher)

判断某个 path 是否存在，并设置是否监控这个目录节点

获取节点数据：

byte[] getData(String path,boolean watch, Stat stat)

获取这个 path 对应的目录节点存储的数据，数据的版本等信息可以通过 stat 来指定，同时还可以设置是否监控这个目录节点数据的状态

设置节点数据：

Stat setData(String path,byte[] data, int version)

给 path 设置数据，可以指定这个数据的版本号，如果 version 为 -1 怎可以匹配任何版本

获取节点的子节点：

List<String> getChildren(String path,boolean watch)

获取指定 path 下的所有子目录节点，同样 getChildren方法也有一个重载方法可以设置特定的 watcher 监控子节点的状态

 

3  Zookeeper的基本应用

1.      分布式锁

基本思想：

1）首先创建一个作为锁目录(znode)，通常用它来描述锁定的实体，称为:/lock_node

2）希望获得锁的客户端在锁目录下创建znode，作为锁/lock_node的子节点，并且节点类型为有序临时节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)；

3）当前客户端调用getChildren（/lock_node）得到锁目录所有子节点，不设置watch，接着获取小于自己的兄弟节点

4）获取小于自己的节点不存在，说明当前客户端顺序号最小，获得锁，结束。

5）若果存在，客户端监视(watch)相对自己次小的有序临时节点状态

6）如果监视的次小节点状态发生变化，则跳转到步骤3，继续后续操作，直到退出锁竞争。

 

   基本代码：

             try{

                    if(lockName.contains(splitStr)) {

                           thrownew Exception("lockName can not contains \\u000B");

                    }

                    mynode= zookeeper.create(lockRoot + "/" + lockName + splitStr,

                                  newbyte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,

                                  CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

             List<String>childrenList = zookeeper.getChildren(lockRoot, true);

                    List<String>childrenName = new ArrayList<String>();

                    for(String children : childrenList) {

                           String node =children.split(splitStr)[0];

                           if(node.equals(lockName)) {

                                  childrenName.add(children);

                           }

                    }

                    Collections.sort(childrenName);

                    //查询自己是否为最小节点，为最小节点即可获得锁

                    if(mynode.equals(lockRoot + "/" + childrenName.get(0))) {

                           returntrue;

                    }

             StringsubMyNode = mynode.substring(mynode.lastIndexOf("/") + 1);

                    /***

                     * 找自己的邻节点

                     */

                    waitnode= childrenName.get(Collections.binarySearch(childrenName,

                                  subMyNode)- 1);

            

2.     分布式队列：

一种是常规的先进先出队列；

另一种是要等到队列成员聚齐之后的才统一按序执行。

 

3.     Zookeeper与Hbase

HRegionServer把自己以Ephedral方式注册到Zookeeper中，HMaster随时感知各个HRegionServer的健康状况
    Zookeeper避免HMaster单点问题。

 

4.     tbschedule/codis:配置管理

   Zookeeper能够很容易的实现集群管理的功能，如有多台 Server 组成一个服务集群，那么必须要一个“总管”知道当前集群中每台机器的服务状态，一旦有机器不能提供服务，集群中其它集群必须知道，从而做出调整重新分配服 务策略。同样当增加集群的服务能力时，就会增加一台或多台 Server，同样也必须让“总管”知道。