Zookeeper入门

概述

Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式框架提供协调服务的Apache项目。

Zookeeper 从设计模式的角度来开：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就通知已经注册的观察者做出相应的反应

特点

• Zookeeper由一个领导者，多个跟随着组成的集群
• 集群中只要有半数以上的节点存活，Zookeeper就可以正常服务。因此适合安装基数台服务器
• 全局数据一致：每个Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server数据都是一致的
• 更新请求顺序执行，来自同一个Client的更新请求按照发送的顺序依次执行
• 数据更新原子性，一次数据更新要么成功要么失败
• 实时性，在一定时间范围内，Client能读取到最新的数据

结构

Zookeeper的数据模型的结构和Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点都是一个ZNode，每个ZNode默认存储1MB的数据(因此不适合存过大的数据)，每个ZNode都可以通过其路径来唯一标识。

Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

应用场景

• 一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上，比如 kafka集群
  实现：
  可将配置信息写入Zookeeper上的一个Znode，各个客户端服务器监听这个Znode，一旦Znode中的数据被修改，Zookeeper将通知各个客户端服务器

• 分布式环境中实时掌握每个节点的状态是必要的，可以根据节点实时状态做出调整，Zookeeper可以实现实时监控节点状态变化
  实现：
  可将节点信息写入Zookeeper上的一个ZNode，监听这个ZNode可以获取他的实时状态变化

选举机制

Zookeeper分为leader 和 follower 两种

假设有五台服务器，初始的选举方法：

• 服务器1先启动，发起第一次选举。服务器1会投自己一票，此时服务器1只有一票，没有达到半数以上，无法选举成功，服务器1的状态为Looking
• 服务器2启动，再次发起选举，服务器1和2先投自己一票，然后交换选票信息，此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票的大，就将投票改为服务器2，此时服务器1没有票，服务器2两票，但是此时并没有服务器的票数超过半数，所以无法选举成功，服务器1，2状态都保持Looking
• 服务器3启动，发起一次选举。和上述过程相似，此时服务器3的myid最大会获得3票，因为已经过半所以服务器3为Leader,服务器1，2为follower。并改变服务器1，2的状态为Following, 服务器3的状态为Leading
• 服务器4启动，发起选举，因为服务器1，2，3的状态都不是Looking所以不会再更改选票信息，最后服务器3三票，服务器4，自己投了一票，服务器4将自己的票投给服务器3，并将状态改为Following
• 服务器5同服务器4一样

SID： 服务器的ID，唯一标识，Zookeeper集群中的机器，每台机器都不可以重复，和myid一致
ZXID： 事务ID，ZXID是一个事务ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的ZXID的值不一定完全一致，这与Zookeeper对客户端更新请求的处理逻辑有关
Epoch： 每个Leader任期的代号，没有Leader时，同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加

Zookeeper选举Leader的情况：

• 服务器初始化启动
• 服务器运行期间无法和Leader保持连接

当机器进入选举流程时，当前集群可能会处于以下两种状态：

• 集群中是存在Leader的。这种情况下，机器去选举Leader，会被告知当前服务器的Leader信息，该机器只要和Leader建立连接即可
• 集群中不存在Leader。当有Leader故障时，集群会选择新的Leader，选取的规则为：（1）：比较EPOCH，大的胜出
  （2）：ECOPH相同是，比较事务Id即ZXID，大的胜出
  （3）：事务ID相同时，比较服务器ID，大的胜出

节点信息

节点信息：

• 持久：客户端和服务器断开连接后，创建的节点不删除
• 短暂：客户端和服务器断开连接后，节点会自己删除

节点类型：

• 持久化目录节点： 客户端与Zookeeper断开连接后，节点依旧存在
• 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
• 临时目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，节点被删除
• 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

监听原理

• 首先需要一个main线程
• 在main线程中创建Zookeeper的客户端，这时会创建两个线程，一个负责网络连接通信，一个负责监听
• 通过connect线程，将注册的监听事件发给zookeeper
• 在zookeeper的注册监听器列表中，将注册的监听事件添加到列表中
• zookeeper监听到有数据或路径变化后，将这个消息发生给listener线程
• listener线程内部调用了process方法

写数据原理

• 对Leader节点进行写操作时：客户端将写数据发给Leader，Leader将请求发送给一个Fllower,当Follower节点收到后，回复给Leader，Leader统计目前有多少Follower收到了，如果已经过半，就回复给客户端，剩余的Follower慢慢写入
• 对Follower节点进行写操作时：客户端将写数据发给Follower，Follower先把请求发给Leader，Leader向发送给他的Follower再次发送数据，来确保接受的数据是正确的，Follower收到后向Leader发送确认请求。之后再依次向各个别的Follower发送写数据，当有过半的节点确认后，Leader向第一次客户端写入的Follower发送确认请求，Follower再向客户端进行确认。

分布式锁

服务端接收到客户端的请求后：

• 在/locks节点下，创建一个临时顺序节点
• 判断自己是不是当前节点下最小的节点，如果是，则获取到锁。如果不是，则对前一个节点进行监听
• 获取到锁、处理完业务后。delete节点去释放锁，然后下面的节点将收到通知，重复第二步的操作