图解ZooKeeper！小学生也能看懂

电玩女神 2023-06-19 09:39 120阅读 0赞

### 1. 什么是`ZooKeeper` ###

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*  `ZooKeeper`主要服务于分布式系统，可以用`ZooKeeper`来做：`统一配置管理`、`统一命名服务`、`分布式锁`、`集群管理`。
 *  使用分布式系统就无法避免对节点管理的问题(需要实时感知节点的状态、对节点进行统一管理等等)，而由于这些问题处理起来可能相对麻烦和提高了系统的复杂性，`ZooKeeper`作为一个能够通用解决这些问题的中间件就应运而生了。

### 2. 为什么ZooKeeper能干这么多？ ###

来看看`ZooKeeper`究竟是何方神物，在Wiki中其实也有提到：

> ZooKeeper nodes store their data in a hierarchical name space, much like a file system or a tree data structure

`ZooKeeper`的数据结构，跟`Unix`文件系统非常类似，可以看做是一颗树，每个节点叫做`ZNode`。每一个节点可以通过路径来标识，结构图如下：  
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那`ZooKeeper`这颗"树"有什么特点呢？？`ZooKeeper`的节点我们称之为`Znode`，`Znode`分为两种类型：

*  短暂/临时(`Ephemeral`)：当客户端和服务端断开连接后，所创建的`Znode`(节点)会自动删除
 *  持久(`Persistent`)：当客户端和服务端断开连接后，所创建的`Znode`(节点)不会删除

`ZooKeeper`和`Redis`一样，也是`C/S`结构(分成客户端和服务端)  
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#### 2.1 监听器 ####

在上面我们已经简单知道了`ZooKeeper`的数据结构了，`ZooKeeper`还配合了监听器才能够做那么多事的。

常见的监听场景有以下两项：

*  监听`Znode`节点的数据变化

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*  监听子节点的增减变化  
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没错，通过监听+Znode节点(持久/短暂\[临时\])，ZooKeeper就可以玩出这么多花样了。

### 3. ZooKeeper是怎么做到的？ ###

下面我们来看看用`ZooKeeper`怎么来做：统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。

#### 3.1 统一配置管理 ####

比如我们现在有三个系统A、B、C，他们有三份配置，分别是ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml，然后，这三份配置又非常类似，很多的配置项几乎都一样。

此时，如果我们要改变其中一份配置项的信息，很可能其他两份都要改。并且，改变了配置项的信息很可能就要重启系统  
于是，我们希望把ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml相同的配置项抽取出来成一份公用的配置common.yml，并且即便common.yml改了，也不需要系统A、B、C重启。

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系统A、B、C都使用着这份配置

做法：我们可以将common.yml这份配置放在ZooKeeper的Znode节点中，系统A、B、C监听着这个Znode节点有无变更，如果变更了，及时响应。

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系统A、B、C监听着ZooKeeper的节点，一旦common.yml内容有变化，及时响应。

#### 3.2 统一命名服务 ####

统一命名服务的理解其实跟域名一样，是我们为这某一部分的资源给它取一个名字，别人通过这个名字就可以拿到对应的资源。

比如说，现在我有一个域名`www.java3y.com`，但我这个域名下有多台机器：

192.168.1.1
    192.168.1.2
    192.168.1.3
    192.168.1.4

别人访问`www.java3y.com`即可访问到我的机器，而不是通过IP去访问。

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#### 3.3 分布式锁 ####

锁的概念在这我就不说了，如果对锁概念还不太了解的同学，可参考下面的文章

Java锁？分布式锁？乐观锁？行锁？  
我们可以使用ZooKeeper来实现分布式锁，那是怎么做的呢？？下面来看看：

系统A、B、C都去访问/locks节点  
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访问的时候会创建带顺序号的临时/短暂(EPHEMERAL\_SEQUENTIAL)节点，比如，系统A创建了id\_000000节点，系统B创建了id\_000002节点，系统C创建了id\_000001节点。  
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创建出临时带顺序号的节点。接着，拿到/locks节点下的所有子节点(id\_000000,id\_000001,id\_000002)，判断自己创建的是不是最小的那个节点

*  如果是，则拿到锁。
 *  释放锁：执行完操作后，把创建的节点给删掉
 *  如果不是，则监听比自己要小1的节点变化

**举个例子：**

*  系统A拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id\_000000)，是所有子节点最小的。所以得到锁
 *  系统B拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id\_000002)，不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id\_000001的状态
 *  系统C拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id\_000001)，不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id\_000000的状态
 *  ……
 *  等到系统A执行完操作以后，将自己创建的节点删除(id\_000000)。通过监听，系统C发现id\_000000节点已经删除了，发现自己已经是最小的节点了，于是顺利拿到锁
 *  ….系统B如上

#### 3.4 集群状态 ####

经过上面几个例子，我相信大家也很容易想到ZooKeeper是怎么"感知"节点的动态新增或者删除的了。

还是以我们三个系统A、B、C为例，在ZooKeeper中创建临时节点即可：  
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各维护一个临时节点，只要系统A挂了，那/groupMember/A这个节点就会删除，通过监听groupMember下的子节点，系统B和C就能够感知到系统A已经挂了。(新增也是同理)

除了能够感知节点的上下线变化，ZooKeeper还可以实现动态选举Master的功能。(如果集群是主从架构模式下)

原理也很简单，如果想要实现动态选举Master的功能，Znode节点的类型是带顺序号的临时节点(EPHEMERAL\_SEQUENTIAL)就好了。

Zookeeper会每次选举最小编号的作为Master，如果Master挂了，自然对应的Znode节点就会删除。然后让新的最小编号作为Master，这样就可以实现动态选举的功能了。

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