ZooKeeper简介

川长思鸟来 2021-09-24 18:32 463阅读 0赞

# ZooKeeper简介 #

### 文章目录 ###

*  ZooKeeper简介
 *   *  1、简介
     *  2、ZooKeeper的好处
     *  3、Zookeeper组件
     *  4、zookeeper数据结构
     *  5、Stat结构体
     *  6、选举机制

## 1、简介 ##

ZooKeeper是一种分布式协调服务，用于管理大型主机。在分布式环境中协调和管理服务是一个复杂的过程。ZooKeeper通过其简单的架构和API解决了这个问题。ZooKeeper允许开发人员专注于核心应用程序逻辑，而不必担心应用程序的分布式特性。

ZooKeeper框架最初是在“Yahoo!"上构建的，用于以简单而稳健的方式访问他们的应用程序。 后来，Apache ZooKeeper成为Hadoop，HBase和其他分布式框架使用的有组织服务的标准。 例如，Apache HBase使用ZooKeeper跟踪分布式数据的状态。

从设计模式的角度来理解：是一个基于观察者模式的分布式管理框架，它负责存储和管理数据，然后接收观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，zookeeper就会通知这些观察者做出相应的反应

Apache ZooKeeper是由集群（节点组）使用的一种服务，用于在自身之间协调，并通过稳健的同步技术维护共享数据。ZooKeeper本身是一个分布式应用程序，为写入分布式应用程序提供服务。

ZooKeeper提供的常见服务如下 :

*  **命名服务** \- 按名称标识集群中的节点。它类似于DNS，但仅对于节点。
 *  **配置管理** \- 加入节点的最近的和最新的系统配置信息。
 *  **集群管理** \- 实时地在集群和节点状态中加入/离开节点。
 *  **选举算法** \- 选举一个节点作为协调目的的leader。
 *  **锁定和同步服务** \- 在修改数据的同时锁定数据。此机制可帮助你在连接其他分布式应用程序（如Apache HBase）时进行自动故障恢复。
 *  **高度可靠的数据注册表** \- 即使在一个或几个节点关闭时也可以获得数据。

分布式应用程序提供了很多好处，但它们也抛出了一些复杂和难以解决的挑战。ZooKeeper框架提供了一个完整的机制来克服所有的挑战。竞争条件和死锁使用**故障安全同步方法**进行处理。另一个主要缺点是数据的不一致性，ZooKeeper使用**原子性**解析。

## 2、ZooKeeper的好处 ##

以下是使用ZooKeeper的好处：

*  **简单的分布式协调过程**
 *  **同步** \- 服务器进程之间的相互排斥和协作。此过程有助于Apache HBase进行配置管理。
 *  **有序的消息**
 *  **序列化** \- 根据特定规则对数据进行编码。确保应用程序运行一致。这种方法可以在MapReduce中用来协调队列以执行运行的线程。
 *  **可靠性**
 *  **原子性** \- 数据转移完全成功或完全失败，但没有事务是部分的。

## 3、Zookeeper组件 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Client（客户端）</th> 
   <th>客户端，我们的分布式应用集群中的一个节点，从服务器访问信息。对于特定的时间间隔，每个客户端向服务器发送消息以使服务器知道客户端是活跃的。类似地，当客户端连接时，服务器发送确认码。如果连接的服务器没有响应，客户端会自动将消息重定向到另一个服务器。</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Server（服务器）</td> 
   <td>服务器，我们的ZooKeeper总体中的一个节点，为客户端提供所有的服务。向客户端发送确认码以告知服务器是活跃的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Ensemble</td> 
   <td>ZooKeeper服务器组。形成ensemble所需的最小节点数为3。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Leader</td> 
   <td>服务器节点，如果任何连接的节点失败，则执行自动恢复。Leader在服务启动时被选举。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Follower</td> 
   <td>跟随leader指令的服务器节点。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 4、zookeeper数据结构 ##

![img][]

## 5、Stat结构体 ##

ZooKeeper数据模型中的每个znode都维护着一个 **stat** 结构。一个stat仅提供一个znode的**元数据**。它由版本号，操作控制列表(ACL)，时间戳和数据长度组成。

1）czxid-创建节点的事务zxid：

每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是ZooKeeper事务ID。

事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生。

2）ctime - znode被创建的毫秒数(从1970年开始)

3）mzxid - znode最后更新的事务zxid

4）mtime - znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)

5）pZxid-znode最后更新的子节点zxid

6）cversion - znode子节点变化号，znode子节点修改次数

7）dataversion - znode数据变化号

8）aclVersion - znode访问控制列表的变化号

9）ephemeralOwner- 如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0。

10）dataLength- znode的数据长度

11）numChildren - znode子节点数量

**Znode的类型**

Znode被分为持久（persistent）节点，顺序（sequential）节点和临时（ephemeral）节点。

*  **持久节点** \- 即使在创建该特定znode的客户端断开连接后，持久节点仍然存在。默认情况下，除非另有说明，否则所有znode都是持久的。
 *  **临时节点** \- 客户端活跃时，临时节点就是有效的。当客户端与ZooKeeper集合断开连接时，临时节点会自动删除。因此，只有临时节点不允许有子节点。如果临时节点被删除，则下一个合适的节点将填充其位置。临时节点在leader选举中起着重要作用。
 *  **顺序节点** \- 顺序节点可以是持久的或临时的。当一个新的znode被创建为一个顺序节点时，ZooKeeper通过将10位的序列号附加到原始名称来设置znode的路径。例如，如果将具有路径 **/myapp** 的znode创建为顺序节点，则ZooKeeper会将路径更改为 **/myapp0000000001** ，并将下一个序列号设置为0000000002。如果两个顺序节点是同时创建的，那么ZooKeeper不会对每个znode使用相同的数字。顺序节点在锁定和同步中起重要作用。

## 6、选举机制 ##

1）半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。

2）Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave。但是，Zookeeper工作时，是有一个节点为Leader，其他则为Follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的。

3）以一个简单的例子来说明整个选举的过程。

假设有五台服务器组成的Zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么，如图所示。

![img][img 1]

（1）服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报文没有任何响应，所以它的选举状态一直是LOOKING状态。

（2）服务器2启动，它与最开始启动的服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果，由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出，但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3)，所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态。

（3）服务器3启动，根据前面的理论分析，服务器3成为服务器1、2、3中的老大，而与上面不同的是，此时有三台服务器选举了它，所以它成为了这次选举的Leader。

（4）服务器4启动，根据前面的分析，理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的，但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3，所以它只能接收当小弟的命了。

（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

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