Zookeeper 源码分析流程

比眉伴天荒 2023-10-16 07:13 6阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  Zookeeper启动
 *  加载磁盘数据
 *  与客户端的通信交互
 *  Leader选举准备
 *  节点状态处理
 *  总结

## 前言 ##

Zookeeper 作为分布式协调服务为分布式系统提供了一些基础服务，如：命名服务、配置管理、同步等，使得开发者可以更加轻松地处理分布式问题。

在分布式系统中，协调是一项关键任务。例如，如何让一组独立的进程或机器知道它们应该执行哪些任务，如何将它们的状态同步到其他进程或机器上，以及如何处理故障或异常等。这些问题都是 Zookeeper 所解决的问题。

本文将带你深入了解 Zookeeper 的内部实现，从其各个组件和接口开始，分析其工作原理和设计思想。希望你在阅读这个源码分析的过程中，能够深入理解 Zookeeper 的工作原理和设计思想，从而更好地利用它来解决你的分布式问题。

## Zookeeper启动 ##

无论看什么代码，我们都应该从程序的入口点入手，这样可以更好地理解整体的结构和运行流程。

![在这里插入图片描述][aaa12b61ef2842c388c8c9b0c2d9a852.png]

通过 `zkServer.sh` 脚本可以看到启动类为`QuorumPeerMain`。

![在这里插入图片描述][c528f5cea30346df8196b79529e2bcec.png]

可以看到Zookeeper启动是通过main方法开始的，最终调用了`runFromConfig`方法设置并启动一个ZooKeeper的集群节点。

![在这里插入图片描述][98cb0de29c66433f973dd16636bbbf53.png]

上面的代码设置了`QuorumPeer`的事务日志和快照目录路径、选举算法选择、指定服务器ID、定义时钟周期和数据保存实例等配置。此外，还创建了服务器和客户端连接的工厂类（NIO/Netty）。最后，调用start方法启动服务。

![在这里插入图片描述][5d449557bfd64842a2966f2a9cb0c680.png]

在`start`中，主要完成了以下四个任务：

1.  将磁盘中的数据加载到内存中，为后续的处理和响应提供必要的数据储备。
2.  建立Socket来处理客户端的请求，实现与客户端的通信交互。
3.  进行了Leader的选举准备工作，确定选举算法。。
4.  进行Leader选举并对节点状态进行监听并相应处理，及时发现和处理节点故障或异常状态，确保整个系统的可靠性和稳定性。

## 加载磁盘数据 ##

ZooKeeper 操作事内存级别的，为了保障可靠性，会将数据以事务日志形式持久化到文件中，所以在启动时先加载数据到内存。

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这段代码的主要目的是从磁盘加载Zookeeper数据库到内存，并检查并处理相关的`epoch`信息。`getDataTree().lastProcessedZxid` 这行代码获取在ZooKeeper服务器上已处理的最新的事务的`zxid`，`ZxidUtils.getEpochFromZxid(lastProcessedZxid)`这行代码从`zxid`中获取`epoch`，`readLongFromFile(CURRENT_EPOCH_FILENAME)`: 这行代码从文件中读取当前的`epoch`信息。如果`zxid`所属的`epoch`小于当前的`epoch`，会抛出`IOException`异常。

## 与客户端的通信交互 ##

`cnxnFactory` 是建立了`Socket`服务端，用来接收客户端的请求并处理，下图中的代码是`NIOServerCnxnFactory`，还有一个`NettyServerCnxnFactory`。选用`NIO`还是`Netty`可以在配置文件中设置。对`NIO`和`Netty`不熟悉的可以看下[网络编程专栏][Link 1]  
![在这里插入图片描述][a22f98b1c1d547178e0799e1ef350ce2.png]

最核心的就是对客户端请求的处理，有如下几个处理器：

![在这里插入图片描述][99b4491947c64521b9619ef10420f182.png]

*  `CommitProcessor`是事务提交处理器，它会等待集群内针对Proposal的投票直到该Proposal可以被提交。
 *  `SyncRequestProcessor`负责把事务请求（写request）持久化到本地磁盘。
 *  `AckRequestProcessor`是Leader特有的处理器，其主要职责是在`SyncRequestProcessor`处理器完成事务日志记录后，向Proposal的投票收集器发送ACK反馈，以通知投票收集器当前服务器已经完成了对该Proposal的事务日志记录。
 *  `FollowerRequestProcessor`这个处理器可能会负责处理来自客户端的读请求和写请求，并将其转发给其他处理器进行处理，比如写请求转发给Leader节点。
 *  `SendAckRequestProcessor`负责向领导者（Leader）节点发送确认收到的消息（ACK），通知领导者节点该请求已经得到处理。

## Leader选举准备 ##

`startLeaderElection` 中主要调用了`createElectionAlgorithm` 创建了集群间网络连接的管理器 `QuorumCnxManager`，并选择了一个选举算法，这个通过配置文件配置，默认为`FastLeaderElection`。

![在这里插入图片描述][402fd7617dd3444faa33b44d2cfaedc3.png]

## 节点状态处理 ##

`super.start()`执行 `QuorumPeer.java` 类中的 `run()`方法，主要是对节点状态的监听及处理。

![在这里插入图片描述][dad24d04716941c89a45dedcc7c6ac82.png]

当 Zookeeper 启动后，首先都是 `Looking` 状态，通过选举，让其中一台服务器成为 Leader，其他的服务器成为 Follower。如果代码比较难理解可以看一下[ZAB协议][ZAB]。

![在这里插入图片描述][88b96e34d72e41b8bcec758ea0ebed94.png]

## 总结 ##

通过深入解析源代码，我注意到其简洁性以及对功能实现的巧妙设计。尽管代码所处理的功能相当复杂，但组织结构和代码风格的简洁性使得阅读和理解变得相当容易。特别注意到网络编程的大量应用，对连接安全和优化的细致处理。还有其ZAB协议如何巧妙地解决了分布式一致性问题，这些细腻的设计理念无疑为分布式系统的开发提供了宝贵的借鉴，期待能在未来的工作中将这些思想融入到的代码中。

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_28314431/category_12426129.html
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[ZAB]: https://wangbinguang.blog.csdn.net/article/details/127764149
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