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一篇认识 Zookeeper

一 、Zookeeper概述

• 1.1概述
• 1.2特点
• 1.3 数据结构
• 1.4 应用场景

• 1.4.1 统一命名服务
• 1.4.2 统一配置管理
• 1.4.3 统一集群管理
• 1.4.4 服务器节点动态上下线
• 1.4.5 软负载均衡

• 二、Zookeeper安装

• 2.1 本地模式安装部署
• 2.2 配置参数解读

• 三、Zookeeper内部原理

• 3.1 选举机制
• 3.2 节点类型
• 3.3 stat结构体
• 3.4 监听器原理
• 3.5 写数据流程

一 、Zookeeper概述

1.1概述

Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。

官网地址： https://zookeeper.apache.org/

1.2特点

1）Zookeeper：一个领导者（leader），多个跟随者（follower）组成的集群。

2）Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态。

3）Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票。

4）集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。

5）全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的。

6）更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行。

7）数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。

8）实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据。

1.3 数据结构

ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

1.4 应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

1.4.1 统一命名服务

1.4.2 统一配置管理

1.4.3 统一集群管理

1.4.4 服务器节点动态上下线

1.4.5 软负载均衡

二、Zookeeper安装

2.1 本地模式安装部署

1）安装前准备：
（1）安装jdk
（2）通过SecureCRT工具拷贝zookeeper到linux系统下
（3）修改tar包权限
	[hadoop102 software]$ chmod u+x zookeeper-3.4.10.tar.gz
（4）解压到指定目录
	[hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/
	
2）配置修改
	将/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg；
		进入zoo.cfg文件：vim zoo.cfg
			修改dataDir路径为
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData
		在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹
			[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir zkData
			
3）操作zookeeper
（1）启动zookeeper
[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start
（2）查看进程是否启动
	[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ jps
4020 Jps
4001 QuorumPeerMain

（3）查看状态：
[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: standalone

（4）启动客户端：
[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（5）退出客户端：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

（6）停止zookeeper
	[hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

2.2 配置参数解读

解读zoo.cfg文件中参数含义

• 1）tickTime=2000：通信心跳数，Zookeeper服务器心跳时间，单位毫秒Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)
• 2）initLimit=10：Leader和Follower初始通信时限 集群中的follower跟随者服务器与leader领导者服务器之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量）， 用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。 投票选举新leader的初始化时间 Follower在启动过程中，会从Leader同步所有最新数据，然后确定自己能够对外服务的起始状态。 Leader允许Follower在initLimit时间内完成这个工作。
• 3）syncLimit=5：Leader和Follower同步通信时限 集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime，Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。 在运行过程中，Leader负责与ZK集群中所有机器进行通信，例如通过一些心跳检测机制，来检测机器的存活状态。 如果L发出心跳包在syncLimit之后，还没有从F那收到响应，那么就认为这个F已经不在线了。
• 4）dataDir：数据文件目录+数据持久化路径 保存内存数据库快照信息的位置，如果没有其他说明，更新的事务日志也保存到数据库。
• 5）clientPort=2181：客户端连接端口 监听客户端连接的端口

三、Zookeeper内部原理

3.1 选举机制

• 1）半数机制（Paxos 协议）：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以zookeeper适合装在奇数台机器上。
• 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。
• （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。

3.2 节点类型

• 1）Znode有两种类型： 短暂（ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除 持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
• 2）Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）

• （1）持久化目录节点（PERSISTENT） 客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。
• （2）持久化顺序编号目录节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL） 客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。
• （3）临时目录节点（EPHEMERAL） 客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除。
• （4）临时顺序编号目录节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL） 客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

• 3）创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护
• 4）在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序

3.3 stat结构体

• 1）czxid- 引起这个znode创建的zxid，创建节点的事务的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

3.4 监听器原理

3.5 写数据流程