什么是ZooKeeper(一)(通俗易懂)

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2021-12-17 10:07 500阅读 0赞

以前在做别的项目时用过zk，但没有过多深入的学习，本着通俗易懂、简单方便学习成本低的方式，建议大家耐心看完，如果文章中有不清楚的地方，可发私信进步探讨！

学习zk共分为二部分，第一部分主要以理论为主。讲解架构原理、数据结构等。 第二部分主要以[操作API为主][API]。包含集群的搭建、API的操作，zk负载均衡。第三部分主要以

实现：分布式锁的实现

本篇读完预计6分钟

## **一．Zookeeper 简介** ##

### **1.简介(重点)** ###

zooKeeper是Hadoop的开源子项目（Google Chubby的开源实现），它是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统。

提供的功能包括：统一命名服务、配置管理、分布式锁、集群节点状态协调(负载均衡/主从协调)

统一命名服务：在zk上注册多个临时服务A，当有某个服务A出现故障时，会自动从zk中删除，停止对外提供服务，

配置管理：当有配置文件发生变化时，可以通过设置事件监听的方式，通知client端进行配置的更新

分布式锁：当多个应用服务同时访问1个共享资源时，应用服务应向zk注册自己临时有序的节点信息，当有client要访问共享资源时，先获取所有的应用服务注册信息，然后规定算法(例最小)，让client端与自己的信息匹配时区取锁进行访问，访问结束时释放锁，重新注册，以便下次访问。

集群的负载均衡：应用服务启动时向zk注册本机节点的配置信息，并在节点设置计数器，当有client连接时\+1，断开时\-1，每次当有client连接时会获取计数器最小的客户端进行访问

**　**　其实zk本身并不能提供以上的服务协调，它只能帮我们在节点上存储一些简单的数据，当这些数据发生变化的时候通过异步的方式通知我们，我们再根据这些数据的状态进行相应的处理，其实现模式类似于观察者模式。

**　　zk本质的功能是：1.替客户端保管数据  2.为客户提供数据的监听服务**

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## **二．zookeeper 的数据模型** ##

其实zk中的节点上维护的数据模型，类似于我们windows 操作系统中盘符的路径：C:/Program Files/java ,只不过这种路径的节点可以存储数据，还具有原子性等一些特点。

zk本身维护了一个基于内存的数据库，用来存储节点的数据信息，并且读的速度要比写的速度更快，这个数据结构是以树状的结构将数据进行存储的。

### ** 1 数据模型 ** ###

zookeeper 提供一种类似目录树结构的数据模型，每个节点（znode）具有唯一的路径标识，而路径是由斜线分隔开的路径名序列组成，和标准的文件系统非常类似，例

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### **2 ****.****znode 节点(重点)** ###

每一个节点称为znode，通过路径来访问

每一个znode维护着：数据、stat数据结构（ACL、时间戳及版本号）

znode维护的数据主要是用于存储协调的数据，如状态、配置、位置等信息，每个节点存储的数据量很小，KB级别

znode的数据更新后，版本号等控制信息也会更新（增加）

znode还具有原子性操作的特点：写--全部替换，读--全部(每个 znode 的数据将被原子性地读写，读操作会读取与 znode相关的所有数据，写操作会一次性替换所有数据.)

znode有永久节点和临时节点之分：临时节点指创建它的session一结束，该节点即被zookeeper删除；(非常重要)

另：zookeeper 并没有被设计为常规的数据库或者大数据存储， 相反的是，它用来管理调度数据，比如分布式应用中的配置文件信息、状态信息、汇集位置等等。这些数据的共同特性就是它们都是很小的数据，通常以 KB 为大小单位。 zooKeeper 的服务器和客户端都被设计为严格检查并限制每个 znode 的数据大小至多 1M。

### **3 ****.****znode 节点的4种类型(重点)** ###

PERSISTENT：永久节点

EPHEMERAL：临时节点

PERSISTENT\_SEQUENTIAL：永久节点、序列化

EPHEMERAL\_SEQUENTIAL：临时节点、序列化

##  **二．Zookeeper 的架构和原理** ##

### 　　1 .服务器中的角色定义 ###

启动 zookeeper 服务器集群环境后，多个 Zookeeper 服务器在工作前会选举出一个 Leader。选举出 leader 前，所有 server 不区分角色，都需要平等参与投票（observer 除外，不参与投票）；选主过程完成后，存在以下几种角色：

**　　　　leade****r   :  **领导者，可以接受 client 请求，也接收其他 server 转发的写请求，负责更新系统状态。

**　　　　follower****  :** 可以接收 client 请求，如果是写请求将转发给 leader 来更新系统状态。

**　　　　observer**** ****：**同 follower，唯一区别就是不参与选主过程。

###   　　2.系统架构(了解) ###

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zookeeper 分为服务器端（server）和客户端（client），客户端可以连接到整个 zooKeeper服务所提供的任意zk服务器上，访问过程是当有客户端(client）访问服务端(leader服务器)时，leader服务器返回1个可访问的地址给客户端，然后客户端通过这个地址访问到zk服务器(follower)上。客户端使用并维护一个 TCP 连接，通过这个连接发送请求、接受响应、获取观察的事件以及发送心跳。如果这个 TCP 连接中断，客户端将自动尝试连接到另外的 zooKeeper 服务器。客户端第一次连接到 zooKeeper 服务时，接受这个连接的 zooKeeper 服务器会为这个客户端建立一个会话。当这个客户端连接到另外的服务器时，这个会话会被新的服务器重新建立。

### 　　3.Session 机制原理(了解) ###

在client 连接 server 成功后， server 赋予该 client 一个 sessionid，client 需要不断发送心跳维持 session 有效，在 session 有效期内，可以使用 Zookeeper 提供的 API 进行操作。如果因为某些原因导致 client 无法正常发送心跳，在超时时长后， server会判断该 client 的 session 失效，此时 client 发送的任何操作都会被拒绝，并触发ExpiredException (失效异常)，此时 KeeperState 处于 Expired 状态。

但 client 有自动重连 server 的机制， 如果 client 的心跳无法正常连接 server，会在 session 超时前尝试连接其他 server，连接成功后可以继续操作。 如果client 取消当前连接并连接其他server，已存在的watches 会丢失，取而代之的是client 会生成一个特殊WatchEvent 告诉本地watcher 连接已经丢失，该WatchEvent 是：EventType.None，KeeperState.DisConnected。本地watcher 接收到该WatchEvent 后会怎样？

##  三**．Watcher 监听事件(重点)** ##

zk对Node节点的增、删、改、查都可触发监听

Watch事件是一次性触发器，只有被Watch 监听的数据发生变化时才被触发，通过异步的方式通知该client端(观察者)。

Watch是一次性触发的并且在获取Watch事件和设置新watch事件之间有延迟所以不能可靠的观察到节点的每一次变化，但这个变化是毫秒级的，基本上不影响

客户端监视一个节点，总是先获取Watch事件，再发现节点的数据变化，Watch事件的顺序对应于zk服务所见的数据更新的顺序。

如果你还不是很清楚，看第二部分API操作

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创建监听的三个地方：

判断该节点是否存在时 ： exits(path,watcher);

监听的事件是：该节点是否存在/删除/数据是否发生改变

获取某节点的子节点时 ： getChild(pathc,watcher);

监听的事件是：该节点下是否有子节点创建/删除

获取该节点的数据时  ： getData(pathc,watcher);

监听的事件是：该节点下的数据发生改变时

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转载于:https://www.cnblogs.com/MrRightZhao/p/10440995.html

[API]: https://www.cnblogs.com/MrRightZhao/p/10463494.html
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