Zookeeper基础知识
Zookeeper 是一个分布式协调服务，可用于服务发现，分布式锁，分布式领导选举，配置管理等。Zookeeper 提供了一个类似于 Linux 文件系统的树形结构（可认为是轻量级的内存文件系统，但只适合存少量信息，完全不适合存储大量文件或者大文件），同时提供了对于每个节点的监控与通知机制。
Zookeeper是一个分布式的服务的一个框架，主要是用于解决分布式应用的中经常遇见大问题：例如：同意命名、集群服务、分布式应用配置等。Zookeeper是一个数据库也是一个文件系统特点的数据库，为了解决一致性问题的分布式数据库，具有订阅和发布功能的分布式数据库（watch 机制）。
Leader: 1一个 Zookeeper 集群同一时间只会有一个实际工作的 Leader，它会发起并维护与各 Follwer及 Observer 间的心跳。2. 所有的写操作必须要通过 Leader 完成再由 Leader 将写操作广播给其它服务器。 只要有超过半数节点（不包括 observeer 节点） 写入成功，该写请求就会被提交（类 2PC 协议）
Follower: 1. 一个 Zookeeper 集群可能同时存在多个 Follower，它会响应 Leader 的心跳，2. Follower 可直接处理并返回客户端的读请求，同时会将写请求转发给 Leader 处理，
3. 并且负责在 Leader 处理写请求时对请求进行投票。
Observer: 角色与 Follower 类似，但是无投票权。 Zookeeper 需保证高可用和强一致性，为了支持更多的客户端，需要增加更多 Server； Server 增多，投票阶段延迟增大，影响性能； 引入 Observer，Observer 不参与投票； Observers 接受客户端的连接，并将写请求转发给 leader 节点； 加入更多 Observer 节点，提高伸缩性，同时不影响吞吐率。
Zookeeper的数据一致性
Consistency 是一致性（强一致性） Availity 可用性 Partition tolerant 分区容错性CAP 是不能同时满足的，是因为这个理论是由网络来保证分区容错性。所以在不能同时满足。Zookeeper 的核心是原子广播机制，这个机制保证了各个 server 之间的同步。实现这个机制的协议叫做 Zab 协议。Zab 协议有两种模式，它们分别是恢复模式和广播模式。
恢复模式
当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数 server 完成了和 leader 的状态同步以后，恢复模式就结束了。状态同步保证了 leader 和 server 具有相同的系统状态。
广播模式
一旦 leader 已经和多数的 follower 进行了状态同步后，它就可以开始广播消息了，即进入广播状态。这时候当一server加入 ZooKeeper 服务中，它会在恢复模式下启动，发现 leader，并和 leader 进行状态同步。待到同步结束，它也参与消息广播。ZooKeeper 服务一直维持在 Broadcast 状态，直到 leader 崩溃了或者leader 失去了大部分的 followers 支持。
Zookeeper Watcher 机制
Zookeeper 允许客户端向服务端的某个 Znode 注册一个 Watcher 监听，当服务端的一些指定事件触发了这个 Watcher，服务端会向指定客户端发送一个事件通知来实现分布式的通知功能，然后客户端根据 Watcher 通知状态和事件类型做出业务上的改变。
工作机制：
（1）客户端注册 watcher
（2）服务端处理 watcher
（3）客户端回调 watcher
Watcher 特性总结：
（1）一次性
无论是服务端还是客户端，一旦一个 Watcher 被 触 发 ，Zookeeper 都会将其从相应的存储中移除。这样的设计有效的减轻了服务端的压力，不然对于更新非常频繁的节点，服务端会不断的向客户端发送事件通知，无论对于网络还是服务端的压力都非常大。
（2）客户端串行执行
客户端 Watcher 回调的过程是一个串行同步的过程。
（3）轻量
3.1、Watcher 通知非常简单，只会告诉客户端发生了事件，而不会说明事件的具体内容。
3.2、客户端向服务端注册 Watcher 的时候，并不会把客户端真实的 Watcher 对象实体传递到服务端，仅仅是在客户端请求中使用 boolean 类型属性进行了标记。
（4）watcher event 异步发送 watcher 的通知事件从 server 发送到 client 是异步的，这就存在一个问题，不同的客户端和服务器之间通过 socket 进行通信，由于网络延迟或其他因素导致客户端在不通的时刻监听到事件，由于 Zookeeper 本身提供了 ordering guarantee，即客户端监听事件后，才会感知它所监视 znode发生了变化。所以我们使用 Zookeeper 不能期望能够监控到节点每次的变化。Zookeeper 只能保证最终的一致性，而无法保证强一致性。
（5）注册 watcher getData、exists、getChildren
（6）触发 watcher create、delete、setData
（7）当一个客户端连接到一个新的服务器上时，watch 将会被以任意会话事件触发。当与一个服务器失去连接的时候，是无法接收到 watch 的。而当 client 重新连接时，如果需要的话，所有先前注册过的 watch，都会被重新注册。通常这是完全透明的。只有在一个特殊情况下，watch 可能会丢失：对于一个未创建的 znode的 exist watch，如果在客户端断开连接期间被创建了，并且随后在客户端连接上之前又删除了，这种情况下，这个 watch 事件可能会被丢失。
客户端注册 Watcher 实现
（1）调用 getData()/getChildren()/exist()三个 API，传入 Watcher 对象
（2）标记请求 request，封装 Watcher 到 WatchRegistration
（3）封装成 Packet 对象，发服务端发送 request
（4）收到服务端响应后，将 Watcher 注册到 ZKWatcherManager 中进行管理
（5）请求返回，完成注册。
服务端处理 Watcher 实现
（1）服务端接收 Watcher 并存储
接收到客户端请求，处理请求判断是否需要注册 Watcher，需要的话将数据节点的节点路径和 ServerCnxn（ServerCnxn 代表一个客户端和服务端的连接，实现了 Watcher 的 process 接口，此时可以看成一个 Watcher 对象）存储在WatcherManager 的 WatchTable 和 watch2Paths 中去。
（2）Watcher 触发
以服务端接收到 setData() 事务请求触发 NodeDataChanged 事件为例：
2.1 封装 WatchedEvent
将通知状态（SyncConnected）、事件类型（NodeDataChanged）以及节点路径封装成一个 WatchedEvent 对象
2.2 查询 Watcher
从 WatchTable 中根据节点路径查找 Watcher
2.3 没找到；说明没有客户端在该数据节点上注册过 Watcher
2.4 找到；提取并从 WatchTable 和 Watch2Paths 中删除对应 Watcher（从这里可以看出 Watcher 在服务端是一次性的，触发一次就失效了）
（3）调用 process 方法来触发 Watcher
这里 process 主要就是通过 ServerCnxn 对应的 TCP 连接发送 Watcher 事件通知。
9. 客户端回调 Watcher
客户端 SendThread 线程接收事件通知，交由 EventThread 线程回调 Watcher。
客户端的 Watcher 机制同样是一次性的，一旦被触发后，该 Watcher 就失效了。
Zookeeper中的分布式锁原理
zookeeper 是如何保证事务的顺序一致性的？
zookeeper 采用全局递增的事务 Id 来标识，所有的 proposal（提议）都在被提出的时候加上了 zxid，zxid 实际上是一个 64 位的数字，高 32 位是 epoch（ 时期; 纪元; 世; 新时代）用来标识 leader 周期，如果有新的 leader 产生出来，epoch会自增，低 32 位用来递增计数。当新产生 proposal 的时候，会依据数据库的两阶段过程，首先会向其他的server 发出事务执行请求，超过半数的机器都能执行并且能够成功，那么就会开始执行。
Zookeeper 分布式锁（文件系统、通知机制）
有了 zookeeper 的一致性文件系统，锁的问题变得容易。锁服务可以分为两类，一个是保持独占，另一个是控制时序。
对于第一类，我们将 zookeeper 上的一个 znode 看作是一把锁，通过 createznode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock 节点，最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。用完删除掉自己创建的 distribute_lock 节点就释放出锁。
对于第二类， /distribute_lock 已经预先存在，所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点，和选 master 一样，编号最小的获得锁，用完删除，依次方便。
Zookeeper 队列管理（文件系统、通知机制）
两种类型的队列：
（1）同步队列，当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达。
（2）队列按照 FIFO 方式进行入队和出队操作。
第一类，在约定目录下创建临时目录节点，监听节点数目是否是我们要求的数目。
第二类，和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致，入列有编号，出列按编号。在特定的目录下创建 PERSISTENT_SEQUENTIAL 节点，创建成功时Watcher 通知等待的队列，队列删除序列号最小的节点用以消费。此场景下Zookeeper 的 znode 用于消息存储，znode 存储的数据就是消息队列中的消息内容，SEQUENTIAL 序列号就是消息的编号，按序取出即可。由于创建的节点是持久化的，所以不必担心队列消息的丢失问题。
Zookeeper的集群高原理
ZAB的协议包括以下的内容：集群中的服务怎么选举？数据的怎么样进行两阶段的提交。数据的怎么的实现的数据的同步？
ZXID：全局事务的ID.
在 ZAB ( ZooKeeper Atomic Broadcast , ZooKeeper 原子消息广播协议） 协议的事务编号 Zxid设计中， Zxid 是一个 64 位的数字，其中低 32 位是一个简单的单调递增的计数器， 针对客户端每一个事务请求，计数器加 1；而高 32 位则代表 Leader 周期 epoch 的编号， 每个当选产生一个新的 Leader 服务器，就会从这个 Leader 服务器上取出其本地日志中最大事务的 ZXID，并从中读取epoch 值，然后加 1，以此作为新的 epoch，并将低 32 位从 0 开始计数。Zxid（Transaction id） 类似于 RDBMS 中的事务 ID，用于标识一次更新操作的 Proposal（提议）ID。为了保证顺序性，该 zkid 必须单调递增。
Epoch: 集群所处的年代或者周期
epoch：可以理解为当前集群所处的年代或者周期，每个 leader 就像皇帝，都有自己的年号，所以每次改朝换代，leader 变更之后，都会在前一个年代的基础上加 1。这样就算旧的 leader 崩溃恢复之后，也没有人听他的了，因为 follower 只听从当前年代的 leader 的命令。
Zab 协议有两种模式-恢复模式（选主）、广播模式（同步）
Zab 协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步） 。当服务启动或者在领导者崩溃后， Zab 就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数 Server 完成了和 leader 的状态同步以后，恢复模式就结束了。状态同步保证了 leader 和 Server 具有相同的系统状态。
ZAB 协议 4 阶段
Leader election（选举阶段-选出准 Leader）
1. Leader election（选举阶段） ： 节点在一开始都处于选举阶段，只要有一个节点得到超半数节点的票数，它就可以当选准 leader。只有到达 广播阶段（broadcast） 准 leader 才会成为真正的 leader。这一阶段的目的是就是为了选出一个准 leader，进入下一个阶段。
Discovery（发现阶段-接受ᨀ议、生成 epoch、接受 epoch）
2. Discovery（发现阶段） ： 在这个阶段， followers 跟准 leader 进行通信，同步 followers最近接收的事务提议。这个一阶段的主要目的是发现当前大多数节点接收的最新提议，并且准 leader 生成新的 epoch，让 followers 接受，更新它们的 accepted Epoch一个 follower 只会连接一个 leader， 如果有一个节点 f 认为另一个 follower p 是 leader， f在尝试连接 p 时会被拒绝， f 被拒绝之后，就会进入重新选举阶段。
Synchronization（同步阶段-同步 follower 副本）
3. Synchronization（同步阶段） ： 同步阶段主要是利用 leader前一阶段获得的最新提议历史，同步集群中所有的副本。 只有当 大多数节点都同步完成，准 leader 才会成为真正的 leader。follower 只会接收 zxid 比自己的 lastZxid 大的提议。
Broadcast（广播阶段-leader 消息广播）
4. Broadcast（广播阶段） ： 到了这个阶段， Zookeeper 集群才能正式对外提供事务服务，并且 leader 可以进行消息广播。同时如果有新的节点加入，还需要对新节点进行同步。ZAB 提交事务并不像 2PC 一样需要全部 follower 都 ACK， 只需要得到超过半数的节点的 ACK 就可以了。
Zookeeper的投票机制
1领导：领导者的选取机制
2预提交(询问) ack 两阶段的提交
3过半机制
在leader的选举的过程中是不能够提供服务的，
具体的投票的流程如下：
每个 sever 首先给自己投票， 然后用自己的选票和其他 sever 选票对比， 权重大的胜出，使用权重较大的更新自身选票箱。 具体选举过程如下：
1. 每个 Server 启动以后都询问其它的 Server 它要投票给谁。对于其他 server 的询问，
server 每次根据自己的状态都回复自己推荐的 leader 的 id 和上一次处理事务的 zxid（系
统启动时每个 server 都会推荐自己）
2. 收到所有 Server 回复以后，就计算出 zxid 最大的哪个 Server，并将这个 Server 相关信息设置成下一次要投票的 Server。
3. 计算这过程中获得票数最多的的 sever 为获胜者，如果获胜者的票数超过半数，则改
server 被选为 leader。否则，继续这个过程，直到 leader 被选举出来
4. leader 就会开始等待 server 连接
5. Follower 连接 leader，将最大的 zxid 发送给 leader
6. Leader 根据 follower 的 zxid 确定同步点，至此选举阶段完成。
7. 选举阶段完成 Leader 同步后通知 follower 已经成为 uptodate 状态
8. Follower 收到 uptodate 消息后，又可以重新接受 client 的请求进行服务了13/04/2018
zk 节点宕机如何处理？
Zookeeper 本身也是集群，推荐配置不少于 3 个服务器。Zookeeper 自身也要保证当一个节点宕机时，其他节点会继续提供服务。
如果是一个 Follower 宕机，还有 2 台服务器提供访问，因为 Zookeeper 上的数据是有多个副本的，数据并不会丢失；
如果是一个 Leader 宕机，Zookeeper 会选举出新的 Leader。
ZK 集群的机制是只要超过半数的节点正常，集群就能正常提供服务。只有在 ZK节点挂得太多，只剩一半或不到一半节点能工作，集群才失效。所以3 个节点的 cluster 可以挂掉 1 个节点(leader 可以得到 2 票>1.5)2 个节点的 cluster 就不能挂掉任何 1 个节点了(leader 可以得到 1 票<=1)
Zookeeper的面试问题
zookeeper 负载均衡和 nginx 负载均衡区别
zk 的负载均衡是可以调控，nginx 只是能调权重，其他需要可控的都需要自己写插件；但是 nginx 的吞吐量比 zk 大很多，应该说按业务选择用哪种方式。
Zookeeper 和 Dubbo 的关系？
Zookeeper的作用：
zookeeper用来注册服务和进行负载均衡，哪一个服务由哪一个机器来提供必需让调用者知道，简单来说就是ip地址和服务名称的对应关系。当然也可以通过硬编码的方式把这种对应关系在调用方业务代码中实现，但是如果提供服务的机器挂掉调用者无法知晓，如果不更改代码会继续请求挂掉的机器提供服务。zookeeper通过心跳机制可以检测挂掉的机器并将挂掉机器的ip和服务对应关系从列表中删除。至于支持高并发，简单来说就是横向扩展，在不更改代码的情况通过添加机器来提高运算能力。通过添加新的机器向zookeeper注册服务，服务的提供者多了能服务的客户就多了。
dubbo：
是管理中间层的工具，在业务层到数据仓库间有非常多服务的接入和服务提供者需要调度，dubbo提供一个框架解决这个问题。
注意这里的dubbo只是一个框架，至于你架子上放什么是完全取决于你的，就像一个汽车骨架，你需要配你的轮子引擎。这个框架中要完成调度必须要有一个分布式的注册中心，储存所有服务的元数据，你可以用zk，也可以用别的，只是大家都用zk。
zookeeper和dubbo的关系：
Dubbo 的将注册中心进行抽象，它可以外接不同的存储媒介给注册中心提供服务，有 ZooKeeper，Memcached，Redis 等。
引入了 ZooKeeper 作为存储媒介，也就把 ZooKeeper 的特性引进来。首先是负载均衡，单注册中心的承载能力是有限的，在流量达到一定程度的时 候就需要分流，负载均衡就是为了分流而存在的，一个 ZooKeeper 群配合相应的 Web 应用就可以很容易达到负载均衡；资源同步，单单有负载均衡还不 够，节点之间的数据和资源需要同步，ZooKeeper 集群就天然具备有这样的功能；命名服务，将树状结构用于维护全局的服务地址列表，服务提供者在启动 的时候，向 ZooKeeper 上的指定节点 /dubbo/${serviceName}/providers 目录下写入自己的 URL 地址，这个操作就完成了服务的发布。 其他特性还有 Mast 选举，分布式锁等。
