zookeeper 快速入门
zookeeper
zookeeper是什么
Apache ZooKeeper是Apache软件基金会的一个软件项目，他为大型分布式计算提供开源的分布式配置服务、同步服务和命名注册。ZooKeeper曾经是Hadoop的一个子项目，但现在是一个独立的顶级项目。
ZooKeeper的架构通过冗余服务实现高可用性。因此，如果第一次无应答，客户端就可以询问另一台ZooKeeper主机。ZooKeeper节点将它们的数据存储于一个分层的命名空间，非常类似于一个文件系统或一个前缀树结构。客户端可以在节点读写，从而以这种方式拥有一个共享的配置服务。
使用ZooKeeper的公司包括Rackspace、雅虎和eBay，以及类似于像Solr这样的开源企业级搜索系统。
zookeeper提供了什么
文件系统：zookeeper维护一个类似文件系统的数据结构，每个子目录项如 NameService 都被称作为 znode，和文件系统一样，自由增加及删除，唯一不同其可存储数据。Znode分为四种类型
- 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）。
- 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）
- EPHEMERAL-临时目录节点（客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除）
- 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）
- 通知机制：客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、被删除、子目录节点增加删除）时，zookeeper会通知客户端。
zookeeper能为我们做什么？
- 命名服务：在zookeeper的文件系统里创建一个目录，即有唯一的path。在我们使用tborg无法确定上游程序的部署机器时即可与下游程序约定好path，通过path即能互相探索发现。
- 配置管理：把应用配置放置zookeeper上去,保存在 Zookeeper 的某个目录节点中，然后所有相关应用程序对这个目录节点进行监听，一旦配置信息发生变化，每个应用程序就会收到 Zookeeper 的通知，然后从 Zookeeper 获取新的配置信息应用到系统中就好。
- 集群管理：节点（机器）增删及Master选取。节点增删：所有机器约定在父目录GroupMembers下创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化消息。一旦有机器挂掉，该机器与 zookeeper的连接断开，其所创建的临时目录节点被删除，所有其他机器都收到通知：某个兄弟目录被删除，于是，所有人都知道：它上船了。新机器加入 也是类似，所有机器收到通知：新兄弟目录加入，highcount又有了。Master选取：所有机器创建临时顺序编号目录节点，每次选取编号最小的机器作为master就好。
- 分布式锁：基于zookeeper一致性文件系统,实现锁服务。锁服务分为保存独占及时序控制两类。保存独占：将zookeeper上的一个znode看作是一把锁，通过createznode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock 节点，最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。用完删除自己创建的distribute_lock 节点就释放锁。时序控制：基于/distribute_lock锁，所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点，和选master一样，编号最小的获得锁，用完删除，依次方便。
- 队列管理：分同步队列,FIFO队列（入队与出队），同步队列：当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达。在约定目录下创建临时目录节点，监听节点数目是否是我们要求的数目。FIFO队列：和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致，入列有编号，出列按编号。
- 分布式与数据复制：Zookeeper作为一个集群提供一致的数据服务，必然在所有机器间做数据复制。数据复制好处：（1）容错：一个节点出错，不致于让整个系统停止工作，别的节点可以接管它的工作。（2）提高系统的扩展能力：把负载分布到多个节点上，或者增加节点来提高系统的负载能力；（3）性能提升：让客户端本地访问就近节点,提高用户访问速度。
zookeeper基本概念
角色简介
Zookeeper角色分为三类，领导者：负责进行投票的发起和决议,更新系统状态。跟随者：Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选中过程中参与投票。观察者：Observer可以接收客户端连接，将写请求转发给leader节点。但不参加投票过程,只同步leader状态。Observer目的在于扩展系统，提高读取速度。
设计目的
- 一致性：client不论连接到哪个Server，展示给它都是同一个视图，这是zookeeper最重要的性能。
- 可靠性：具有简单、健壮、良好的性能，如果消息m被到一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受。
- 实时性：Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。但由于网络延时等原因，Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口。
- 等待无关（wait-free）：慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每个client都能有效的等待。
- 原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态。
- 顺序性：包括全局有序和偏序两种：全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面。
选主流程
当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时候zk进入恢复模式，恢复模式需要重新选举出一个新的leader，让所有的Server都恢复到一个正确的状态。Zk的选举算法有两种：一种是基于basic paxos实现的，另外一种是基于fast paxos算法实现的。系统默认的选举算法为fast paxos。先介绍basic paxos流程：
选举线程由当前Server发起选举的线程担任，其主要功能是对投票结果进行统计，并选出推荐的Server；
选举线程首先向所有Server发起一次询问(包括自己)；
选举线程收到回复后，验证是否是自己发起的询问(验证zxid是否一致)，然后获取对方的id(myid)，并存储到当前询问对象列表中，最后获取对方提议的leader相关信息(id,zxid)，并将这些信息存储到当次选举的投票记录表中；
收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的那个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server；
线程将当前zxid最大的Server设置为当前Server要推荐的Leader，如果此时获胜的Server获得n/2 + 1的Server票数， 设置当前推荐的leader为获胜的Server，将根据获胜的Server相关信息设置自己的状态，否则，继续这个过程，直到leader被选举出来。
通过流程分析我们可以得出：要使Leader获得多数Server的支持，则Server总数必须是奇数2n+1，且存活的Server的数目不得少于n+1.
每个Server启动后都会重复以上流程。在恢复模式下，如果是刚从崩溃状态恢复的或者刚启动的server还会从磁盘快照中恢复数据和会话信息，zk会记录事务日志并定期进行快照，方便在恢复时进行状态恢复。
fast paxos流程是在选举过程中，某Server首先向所有Server提议自己要成为leader，当其它Server收到提议以后，解决epoch和zxid的冲突，并接受对方的提议，然后向对方发送接受提议完成的消息，重复这个流程，最后一定能选举出Leader。
zookeeper的安装使用
wget http://mirrors.cnnic.cn/apache/zookeeper/zookeeper-3.4.8/zookeeper-3.4.8.tar.gz tar zxvf zookeeper-3.4.8.tar.gz -C /usr/local/ cd $ZOOKEEPER_HOME cp conf/zoo_sample.cfg conf/zoo.cfg # 集群需要在zoo.cfg配置 server.1=192.168.1.148:2888:3888 server.2=192.168.1.149:2888:3888 server.3=192.168.1.150:2888:3888 # 在zookeeper的临时目录创建myid mkdir -p /tmp/zookeeper # 分别在不同节点创建myid文件里面的数字对应节点的编号比如server.1就对应1，server.2就对应2 echo 1 > /tmp/zookeeper/myid # 最后分别启动集群上的节点 $ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh start # 查看zookeeper的状态 $ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh status # 停止zookeeper服务 $ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh stop
zookeeper命令行操作
启动zookeeper服务后到bin目录启动zookeeper的客户端$ZOOKEEPER_HOME/bin/zkCli.sh
# 输入help
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] help
ZooKeeper -server host:port cmd args
stat path [watch]
set path data [version]
ls path [watch]
delquota [-n|-b] path
ls2 path [watch]
setAcl path acl
setquota -n|-b val path
history
redo cmdno
printwatches on|off
delete path [version]
sync path
listquota path
rmr path
get path [watch]
create [-s] [-e] path data acl
addauth scheme auth
quit
getAcl path
close
connect host:port创建节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] create /test test-data Created /test
查看节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls / [abc, zookeeper, eclipse]
获取节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] get /test test-update cZxid = 0x38 ctime = Sat Dec 22 10:11:46 CST 2018 mZxid = 0x39 mtime = Sat Dec 22 10:12:05 CST 2018 pZxid = 0x38 cversion = 0 dataVersion = 1 aclVersion = 0 ephemeralOwner = 0x0 dataLength = 11 numChildren = 0
修改节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] set /test test-update cZxid = 0x38 ctime = Sat Dec 22 10:11:46 CST 2018 mZxid = 0x3a mtime = Sat Dec 22 10:15:04 CST 2018 pZxid = 0x38 cversion = 0 dataVersion = 2 aclVersion = 0 ephemeralOwner = 0x0 dataLength = 11 numChildren = 0
删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] delete /test
zookeeper java 客户端操作
/**
* @author leone
* @since 2018-06-16
**/
public class ZkClient {
private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ZkClient.class);
private final static String ZK_URL = "xxx.xxx.xxx.xxx:2181";
private final static int TIME_OUT = 5000;
private static ZooKeeper zkClient = null;
@Before
public void init() throws Exception {
zkClient = new ZooKeeper(ZK_URL, TIME_OUT, (WatchedEvent event) -> {
// 收到事件通知后的回调函数（应该是我们自己的事件处理逻辑）
logger.info(event.getType() + "---" + event.getPath());
try {
zkClient.getChildren("/", true);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
/**
* 设置值
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testSetData() throws Exception {
zkClient.setData("/eclipse", "world".getBytes(), -1);
byte[] data = zkClient.getData("/eclipse", false, null);
System.out.println(new String(data));
}
/**
* 创建节点
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testCreate() throws Exception {
// 参数1：要创建的节点的路径 参数2：节点数据 参数3：节点的权限 参数4：节点的类型
zkClient.create("/eclipse/aaa", "aaaData".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}
/**
* 测试某节点是否存在
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testExists() throws Exception {
Stat stat = zkClient.exists("/eclipse", false);
System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");
}
/**
* 获取子节点
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testGetChild() throws Exception {
List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);
for (String child : children) {
System.out.println(child);
}
}
/**
* 删除节点
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testDelete() throws Exception {
// 参数2：指定要删除的版本，-1表示删除所有版本
zkClient.delete("/abc", -1);
}
/**
* 获取节点的数据
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testGetDate() throws Exception {
byte[] data = zkClient.getData("/eclipse", false, null);
System.out.println(new String(data));
}
}