Zookeeper 概述及应用场景

一、概述

分布式协调技术，主要用来解决分布式环境当中多个进程之间的同步控制，让他们有序的去访问某种临界资源，防止造成"脏数据"的后果。

ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop和Hbase的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。它提供了一项基本服务：分布式锁服务。

ZooKeeper是以Fast Paxos算法为基础的，Paxos 算法存在活锁的问题，即当有多个proposer交错提交时，有可能互相排斥导致没有一个proposer能提交成功，而Fast Paxos作了一些优化，通过选举产生一个leader (领导者)，只有leader才能提交proposer。

在Zookeeper中，znode是一个跟Unix文件系统路径相似的节点，可以往这个节点存储或获取数据。如果在创建znode时Flag设置为EPHEMERAL，那么当创建这个znode的节点和Zookeeper失去连接后，这个znode将不再存在在Zookeeper里，Zookeeper使用Watcher察觉事件信息。当客户端接收到事件信息，比如连接超时、节点数据改变、子节点改变，可以调用相应的行为来处理数据。

ZooKeeper所提供的服务主要是通过：数据结构+原语+watcher机制，三个部分来实现的。

数据模型znode

ZooKeeper的数据模型，在结构上和标准文件系统的非常相似，都是采用这种树形层次结构，ZooKeeper树中的每个节点被称为—Znode。和文件系统的目录树一样，ZooKeeper树中的每个节点可以拥有子节点。

通过路径引用，且要求时绝对路径。

原语

zookeeper有9个基本的操作，这些操作时有限制的，同时操作时非阻塞的。

Watch触发器

ZooKeeper可以为所有的读操作设置watch

ZooKeeper所管理的watch可以分为两类

数据watch(data watches)：getData和exists负责设置数据watch

孩子watch(child watches)：getChildren负责设置孩子watch

ZooKeeper提供分布式锁应用实例

传统的准备方案，实现方式是，备用节点向主节点发ping，主节点收到ping后给回复ACK消息，如果备用节点收不到ACK消息则认为主节点挂掉，启动备节点的上的实例，接替成为主节点，但如果是网络不可靠导致的ACK消息没法正常收到则会产生双主的问题，导致服务混乱。

引入Zookeeper后，启动的主节点A，B会向zk注册，再进行选举出主节点，其他的则成为被阻塞的备用节点，如果主节点挂掉，则会自动删掉其在zk中的注册节点，zk感知节点变化，再次选举新的leader作为主节点。如果有新节点注册，还是通过选举leader的方式确保只有一个主节点。

二、ZooKeeper 典型的应用场景

Zoopkeeper 提供了一套很好的分布式集群管理的机制，就是它这种基于层次型的目录树的数据结构，并对树中的节点进行有效管理，从而可以设计出多种多样的分布式的数据管理模型

统一命名服务（Name Service）

分布式应用中，通常需要有一套完整的命名规则，既能够产生唯一的名称又便于人识别和记住，通常情况下用树形的名称结构是一个理想的选择，树形的名称结构是一 个有层次的目录结构，既对人友好又不会重复。说到这里你可能想到了 JNDI，没错 Zookeeper 的 Name Service 与 JNDI 能够完成的功能是差不多的，它们都是将有层次的目录结构关联到一定资源上，但是 Zookeeper 的 Name Service 更加是广泛意义上的关联，也许你并不需要将名称关联到特定资源上，你可能只需要一个不会重复名称，就像数据库中产生一个唯一的数字主键一样。

配置管理（Configuration Management）

配置的管理在分布式应用环境中很常见，例如同一个应用系统需要多台 PC Server 运行，但是它们运行的应用系统的某些配置项是相同的，如果要修改这些相同的配置项，那么就必须同时修改每台运行这个应用系统的 PC Server，这样非常麻烦而且容易出错。像 这样的配置信息完全可以交给 Zookeeper 来管理，将配置信息保存在 Zookeeper 的某个目录节点中，然后将所有需要修改的应用机器监控配置信息的状态，一旦配置信息发生变化，每台应用机器就会收到 Zookeeper 的通知，然后从 Zookeeper 获取新的配置信息应用到系统中。

集群管理（Group Membership）

Zookeeper 不仅能够帮你维护当前的集群中机器的服务状态，而且能够帮你选出一个“总管”，让这个总管来管理集群，这就是 Zookeeper 的另一个功能 Leader Election。

共享锁（Locks）

Zookeeper 却很容易实现这个功能，实现方式也是需要获得锁的 Server 创建一个 EPHEMERAL_SEQUENTIAL 目录节点，然后调用 getChildren方法获取当前的目录节点列表中最小的目录节点是不是就是自己创建的目录节点，如果正是自己创建的，那么它就获得了这个锁，如果不是那么它就调用 exists(String path, boolean watch) 方法并监控 Zookeeper 上目录节点列表的变化，一直到自己创建的节点是列表中最小编号的目录节点，从而获得锁，释放锁很简单，只要删除前面它自己所创建的目录节点就行了。