zookeeper 漫画

拼搏现实的明天。 2024-04-17 22:31 42阅读 0赞

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**————— 第二天 —————**

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**Zookeeper的数据模型**

Zookeeper的数据模型是什么样子呢？它很像数据结构当中的树，也很像文件系统的目录。

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树是由节点所组成，Zookeeper的数据存储也同样是基于节点，这种节点叫做**Znode**。

但是，不同于树的节点，Znode的引用方式是**路径引用**，类似于文件路径：

/ 动物 / 仓鼠

/ 植物 / 荷花

这样的层级结构，让每一个Znode节点拥有唯一的路径，就像命名空间一样对不同信息作出清晰的隔离。

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**data：**

Znode存储的数据信息。

**ACL：**

记录Znode的访问权限，即哪些人或哪些IP可以访问本节点。

**stat：**

包含Znode的各种元数据，比如事务ID、版本号、时间戳、大小等等。

**child：**

当前节点的子节点引用，类似于二叉树的左孩子右孩子。

这里需要注意一点，Zookeeper是为读多写少的场景所设计。Znode并不是用来存储大规模业务数据，而是用于存储少量的状态和配置信息，**每个节点的数据最大不能超过1MB**。

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**Zookeeper的基本操作和事件通知**

Zookeeper包含了哪些基本操作呢？这里列举出比较常用的API：

**create**

创建节点

**delete**

删除节点

**exists**

判断节点是否存在

**getData**

获得一个节点的数据

**setData**

设置一个节点的数据

**getChildren**

获取节点下的所有子节点

这其中，exists，getData，getChildren属于读操作。Zookeeper客户端在请求读操作的时候，可以选择是否设置**Watch**。

Watch是什么意思呢？

我们可以理解成是注册在特定Znode上的触发器。当这个Znode发生改变，也就是调用了create，delete，setData方法的时候，将会触发Znode上注册的对应事件，请求Watch的客户端会接收到**异步通知**。

具体交互过程如下：

1.客户端调用getData方法，watch参数是true。服务端接到请求，返回节点数据，并且在对应的哈希表里插入被Watch的Znode路径，以及Watcher列表。

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2.当被Watch的Znode已删除，服务端会查找哈希表，找到该Znode对应的所有Watcher，异步通知客户端，并且删除哈希表中对应的Key-Value。

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**Zookeeper的一致性**

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Zookeeper的集群长成什么样呢？就像下图这样：

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Zookeeper Service集群是一主多从结构。

在更新数据时，首先更新到主节点（这里的节点是指服务器，不是Znode），再同步到从节点。

在读取数据时，直接读取任意从节点。

为了保证主从节点的数据一致性，Zookeeper采用了**ZAB协议**，这种协议非常类似于一致性算法**Paxos**和**Raft**。

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在学习ZAB之前，我们需要首先了解ZAB协议所定义的三种节点状态：

**Looking** ：选举状态。

**Following** ：Follower节点（从节点）所处的状态。

**Leading** ：Leader节点（主节点）所处状态。

我们还需要知道**最大ZXID**的概念：

最大ZXID也就是节点本地的最新事务编号，包含**epoch**和计数两部分。epoch是纪元的意思，相当于Raft算法选主时候的term。

假如Zookeeper当前的主节点挂掉了，集群会进行**崩溃恢复**。ZAB的崩溃恢复分成三个阶段：

**1.Leader election**

选举阶段，此时集群中的节点处于Looking状态。它们会各自向其他节点发起投票，投票当中包含自己的服务器ID和最新事务ID（ZXID）。

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接下来，节点会用自身的ZXID和从其他节点接收到的ZXID做比较，如果发现别人家的ZXID比自己大，也就是数据比自己新，那么就重新发起投票，投票给目前已知最大的ZXID所属节点。

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每次投票后，服务器都会统计投票数量，判断是否有某个节点得到半数以上的投票。如果存在这样的节点，该节点将会成为准Leader，状态变为Leading。其他节点的状态变为Following。

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这就相当于，一群武林高手经过激烈的竞争，选出了武林盟主。

**2.Discovery**

发现阶段，用于在从节点中发现最新的ZXID和事务日志。或许有人会问：既然Leader被选为主节点，已经是集群里数据最新的了，为什么还要从节点中寻找最新事务呢？

这是为了防止某些意外情况，比如因网络原因在上一阶段产生多个Leader的情况。

所以这一阶段，Leader集思广益，接收所有Follower发来各自的最新epoch值。Leader从中选出最大的epoch，基于此值加1，生成新的epoch分发给各个Follower。

各个Follower收到全新的epoch后，返回ACK给Leader，带上各自最大的ZXID和历史事务日志。Leader选出最大的ZXID，并更新自身历史日志。

**3.Synchronization**

同步阶段，把Leader刚才收集得到的最新历史事务日志，同步给集群中所有的Follower。只有当半数Follower同步成功，这个准Leader才能成为正式的Leader。

自此，故障恢复正式完成。

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什么是**Broadcast**呢？简单来说，就是Zookeeper常规情况下更新数据的时候，由Leader广播到所有的Follower。其过程如下：

1.客户端发出写入数据请求给任意Follower。

2.Follower把写入数据请求转发给Leader。

3.Leader采用二阶段提交方式，先发送Propose广播给Follower。

4.Follower接到Propose消息，写入日志成功后，返回ACK消息给Leader。

5.Leader接到半数以上ACK消息，返回成功给客户端，并且广播Commit请求给Follower。

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Zab协议既不是强一致性，也不是弱一致性，而是处于两者之间的**单调一致性**。它依靠事务ID和版本号，保证了数据的更新和读取是有序的。

**Zookeeper的应用**

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**1.分布式锁**

这是雅虎研究员设计Zookeeper的初衷。利用Zookeeper的临时顺序节点，可以轻松实现分布式锁。

**2.服务注册和发现**

利用Znode和Watcher，可以实现分布式服务的注册和发现。最著名的应用就是阿里的分布式RPC框架Dubbo。

**3.共享配置和状态信息**

Redis的分布式解决方案Codis，就利用了Zookeeper来存放数据路由表和 codis-proxy 节点的元信息。同时 codis-config 发起的命令都会通过 ZooKeeper 同步到各个存活的 codis-proxy。

此外，Kafka、HBase、Hadoop，也都依靠Zookeeper同步节点信息，实现高可用。

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**几点补充：**

1.ZAB协议相对比较复杂，小灰对此也只是浅层次的理解，有兴趣的小伙伴们可以去官方社区进行进一步学习。

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