Java面试题2.0--zookeeper

柔光的暖阳◎ 2021-09-24 11:58 325阅读 0赞

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**Zookeeper是什么框架**

分布式开源框架，提供分布式协调服务，解决了分布式一致性问题。原本是Hadoop、HBase的一个重要组件。

**应用场景**

**数据发布与订阅（配置中心）**

发布与订阅模型，即所谓的配置中心，顾名思义就是发布者将数据发布到ZK节点上，供订阅者动态获取数据，实现配置信息的集中式管理和动态更新。例如全局的配置信息，服务式服务框架的服务地址列表等就非常适合使用。

**负载均衡**

消费负载均衡： 在消费过程中，一个消费者会消费一个或多个分区中的消息，但是一个分区只会由一个消费者来消费。MetaQ的消费策略是：

1. 每个分区针对同一个group只挂载一个消费者。

2. 如果同一个group的消费者数目大于分区数目，则多出来的消费者将不参与消费。

3. 如果同一个group的消费者数目小于分区数目，则有部分消费者需要额外承担消费任务。

在某个消费者故障或者重启等情况下，其他消费者会感知到这一变化（通过 zookeeper watch消费者列表），然后重新进行负载均衡，保证所有的分区都有消费者进行消费。

**命名服务(Naming Service)**

命名服务也是分布式系统中比较常见的一类场景。在分布式系统中，通过使用命名服务，客户端应用能够根据指定名字来获取资源或服务的地址，提供者等信息。被命名的实体通常可以是集群中的机器，提供的服务地址，远程对象等等——这些我们都可以统称他们为名字（Name）。其中较为常见的就是一些分布式服务框架中的服务地址列表。通过调用ZK提供的创建节点的API，能够很容易创建一个全局唯一的path，这个path就可以作为一个名称。

**分布式通知/协调**

ZooKeeper中特有watcher注册与异步通知机制，能够很好的实现分布式环境下不同系统之间的通知与协调，实现对数据变更的实时处理。使用方法通常是不同系统都对ZK上同一个znode进行注册，监听znode的变化（包括znode本身内容及子节点的），其中一个系统update了znode，那么另一个系统能够收到通知，并作出相应处理

1. 另一种心跳检测机制：检测系统和被检测系统之间并不直接关联起来，而是通过zk上某个节点关联，大大减少系统耦合。

2. 另一种系统调度模式：某系统有控制台和推送系统两部分组成，控制台的职责是控制推送系统进行相应的推送工作。管理人员在控制台作的一些操作，实际上是修改了ZK上某些节点的状态，而ZK就把这些变化通知给他们注册Watcher的客户端，即推送系统，于是，作出相应的推送任务。

3. 另一种工作汇报模式：一些类似于任务分发系统，子任务启动后，到zk来注册一个临时节点，并且定时将自己的进度进行汇报（将进度写回这个临时节点），这样任务管理者就能够实时知道任务进度。

总之，使用zookeeper来进行分布式通知和协调能够大大降低系统之间的耦合

**集群管理与Master选举**

1. 集群机器监控：这通常用于那种对集群中机器状态，机器在线率有较高要求的场景，能够快速对集群中机器变化作出响应。这样的场景中，往往有一个监控系统，实时检测集群机器是否存活。过去的做法通常是：监控系统通过某种手段（比如ping）定时检测每个机器，或者每个机器自己定时向监控系统汇报“我还活着”。 这种做法可行，但是存在两个比较明显的问题：

1. 集群中机器有变动的时候，牵连修改的东西比较多。

2. 有一定的延时。

在分布式环境中，相同的业务应用分布在不同的机器上，有些业务逻辑（例如一些耗时的计算，网络I/O处理），往往只需要让整个集群中的某一台机器进行执行，其余机器可以共享这个结果，这样可以大大减少重复劳动，提高性能，于是这个master选举便是这种场景下的碰到的主要问题。

利用ZooKeeper的强一致性，能够保证在分布式高并发情况下节点创建的全局唯一性，即：同时有多个客户端请求创建 /currentMaster 节点，最终一定只有一个客户端请求能够创建成功。利用这个特性，就能很轻易的在分布式环境中进行集群选取了。

**分布式锁**

分布式锁，这个主要得益于 ZooKeeper 为我们保证了数据的强一致性。锁服务可以分为两类，一个是 保持独占，另一个是 控制时序。

1. 所谓保持独占，就是所有试图来获取这个锁的客户端，最终只有一个可以成功获得这把锁。通常的做法是把 zk 上的一个 znode 看作是一把锁，通过 create znode 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。

2. 控制时序，就是所有视图来获取这个锁的客户端，最终都是会被安排执行，只是有个全局时序了。做法和上面基本类似，只是这里 /distributelock 已经预先存在，客户端在它下面创建临时有序节点（这个可以通过节点的属性控制：CreateMode.EPHEMERALSEQUENTIAL 来指定）。Zk 的父节点（/distribute\_lock）维持一份 sequence, 保证子节点创建的时序性，从而也形成了每个客户端的全局时序。

**Zookeeper有哪几种节点类型**

持久：创建之后一直存在，除非有删除操作，创建节点的客户端会话失效也不影响此节点。

持久顺序：持久节点名后缀加上一个10位数字。

临时：创建客户端会话失效（注意是会话失效，不是连接断了），节点也就没了。不能建子节点。

临时顺序：临时节点名后缀加上一个10位数字。

**Zookeeper对节点的watch监听通知是永久的吗？**

不是。官方声明：一个Watch事件是一个一次性的触发器，当被设置了Watch的数据发生了改变的时候，则服务器将这个改变发送给设置了Watch的客户端，以便通知它们。

**为什么不是永久的，举个例子，**

如果服务端变动频繁，而监听的客户端很多情况下，每次变动都要通知到所有的客户端，这太消耗性能了。

一般是客户端执行getData(“/节点A”,true)，如果节点A发生了变更或删除，客户端会得到它的watch事件，但是在之后节点A又发生了变更，而客户端又没有设置watch事件，就不再给客户端发送。

在实际应用中，很多情况下，我们的客户端不需要知道服务端的每一次变动，我只要最新的数据即可。

**部署方式？集群中的机器角色都有哪些？集群最少要几台机器**

单机，集群，伪集群。Leader、Follower、Observer。集群最低3（2N+1）台，保证奇数，主要是为了选举算法。

**使用Zookeeper原理**

» 领导者（leader），负责进行投票的发起和决议，更新系统状态

» 学习者（learner），包括跟随者（follower）和观察者（observer），follower用于接受客户端请求并想客户端返回结果，在选主过程中参与投票

» Observer可以接受客户端连接，将写请求转发给leader，但observer不参加投票过程，只同步leader的状态，observer的目的是为了扩展系统，提高读取速度

» 客户端（client），请求发起方

**Zookeeper特性**

1、Zookeeper：一个leader，多个follower组成的集群

2、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

3、分布式读写，更新请求转发，由leader实施

4、更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行

5、数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败

6、实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据

**集群支持动态添加机器吗？**

其实就是水平扩容了，Zookeeper在这方面不太好。两种方式：

全部重启：关闭所有Zookeeper服务，修改配置之后启动。不影响之前客户端的会话。

逐个重启：这是比较常用的方式。

**Zookeeper 具有如下特性：**

顺序一致性(有序性)

从同一个客户端发起的事务请求，最终将会严格地按照其发起顺序被应用到 Zookeeper 中去。

有序性是 Zookeeper 中非常重要的一个特性。

单一视图

无论客户端连接的是哪个 Zookeeper 服务器，其看到的服务端数据模型都是一致的。

可靠性

一旦服务端成功地应用了一个事务，并完成对客户端的响应，那么该事务所引起的服务端状态变更将会一直被保留，除非有另一个事务对其进行了变更。

实时性

Zookeeper 保证在一定的时间段内，客户端最终一定能够从服务端上读取到最新的数据状态。

**Zookeeper 的通知机制是什么？**

Zookeeper 允许客户端向服务端的某个 znode 注册一个 Watcher 监听，当服务端的一些指定事件触发了这个 Watcher ，服务端会向指定客户端发送一个事件通知来实现分布式的通知功能，然后客户端根据 Watcher 通知状态和事件类型做出业务上的改变。

**Zookeeper 的会话管理是怎么样的？**

ZooKeeper 的每个客户端都维护一组服务端信息，在创建连接时由应用指定，客户端随机选择一个服务端进行连接，连接成功后，服务端为每个连接分配一个唯一标识。

**集群如果有 3 台机器，挂掉 1 台集群还能工作吗？挂掉 2 台呢？**

记住一个原则：过半存活即可用。所以挂掉 1 台可以继续工作，挂掉 2 台不可以工作。

**ZooKeeper 的工作原理？**

ZooKeeper 的核心是原子广播，这个机制保证了各个 Server 之间的同步。实现这个机制的协议叫做 Zab 协议。Zab 协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步）：

**Zookeeper 的选举过程？**

当 Leader 崩溃，或者 Leader 失去大多数的 Follower，这时 Zookeeper 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。

**什么是分布式锁**

分布式锁一般用在分布式系统或者多个应用中，用来控制同一任务是否执行或者任务的执行顺序。在项目中，部署了多个tomcat应用，在执行定时任务时就会遇到同一任务可能执行多次的情况，我们可以借助分布式锁，保证在同一时间只有一个tomcat应用执行了定时任务

使用Zookeeper实现分布式锁

**Zookeeper实现分布式锁原理**

使用zookeeper创建临时序列节点来实现分布式锁，适用于顺序执行的程序，大体思路就是创建临时序列节点，找出最小的序列节点，获取分布式锁，程序执行完成之后此序列节点消失，通过watch来监控节点的变化，从剩下的节点的找到最小的序列节点，获取分布式锁，执行相应处理，依次类推……

**zk 分布式锁**

1、zk 分布式锁，其实可以做的比较简单，就是某个节点尝试创建临时znode，此时创建成功了就获取了这个锁；这个时候别的客户端来创建锁会失败，只能注册个监听器监听这个锁。释放锁就是删除这个 znode，一旦释放掉就会通知客户端，然后有一个等待着的客户端就可以再次重新加锁。

2、如果有一把锁，被多个人给竞争，此时多个人会排队，第一个拿到锁的人会执行，然后释放锁；后面的每个人都会去监听排在自己前面的那个人创建的 node 上，一旦某个人释放了锁，排在自己后面的人就会被 ZooKeeper 给通知，一旦被通知了之后，就 ok 了，自己就获取到了锁，就可以执行代码了。

**使用Zookeeper实现负载均衡原理**

使用Zookeeper实现负载均衡原理，服务器端将启动的服务注册到，zk注册中心上，采用临时节点。客户端从zk节点上获取最新服务节点信息，本地使用负载均衡算法，随机分配服务器。

[Java_2.0]: https://blog.csdn.net/pzq915981048/article/details/106057220

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