Zookeeper 入门 [vaynexiao]

简介

Apache ZooKeeper是分布式所需要的服务注册和变更通知中心，是一个开源的分布式服务框架，为分布式应用提供协调服务，用来解决分布式应用中的数据管理问题，如：配置管理、域名服务、分布式同步、集群管理等

• 分布式
  将一个大型应用的不同业务部署在不同的服务器上，解决高并发的问题
• 集群
  将同一个业务部署在多台服务器上，提高系统的高可用性

组成

主要包括两部分：文件系统、通知机制

文件系统
ZooKeeper维护一个类似Linux文件系统的树形数据结构，由许多节点构成，用于存储数据
每个节点叫做ZNode（ZooKeeper Node），对应一个唯一路径，通过该路径来标识节点，如 /app1/p_2
每个节点只能存储大约1M的数据

四种节点类型
1，持久化目录节点 persistent
客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在
2，持久化顺序编号目录节点 persistent_sequential
客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002…
3，临时目录节点 ephemeral
客户端与服务器断开连接，该节点会被删除
4，临时顺序编号目录节点 ephemeral_sequential
客户端与服务器断开连接，该节点会被删除，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002…

通知机制
ZooKeeper是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架

1. ZooKeeper负责管理和维护项目的公共数据，并授受观察者的注册（订阅）
2. 一旦这些数据发生变化，ZooKeeper就会通知已注册的观察者
3. 此时观察者就可以做出相应的反应
   简单来说，客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化时，ZooKeeper会通知客户端
   ZooKeeper是一个订阅中心（注册中心）

应用场景

3.1 配置管理
场景：集群环境、服务器的许多配置都是相同的，如：数据库连接信息，当需要修改这些配置时必须同时修改
每台服务器，很麻烦
解决：把这些配置全部放到ZooKeeper上，保存在ZooKeeper的某个目录节点中，然后所有的应用程序（客户
端）对这个目录节点进行监视Watch，一旦配置信息发生变化，ZooKeeper会通知每个客户端，然后从ZooKeeper获
取新的配置信息，并应用到系统中。

3.2 集群管理

• 场景：集群环境下，如何知道有多少台机器在工作？是否有机器退出或加入？需要选举一个总管master，让总管来管理集群
• 解决：在父目录GroupMembers下为所有机器创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化，一旦有机器挂掉，该机器与ZooKeeper的连接断开，其所创建的临时目录节点被删除，所有其他机器都会收到通知。当有新机器加入时也是同样的道理。
• 选举master：为所有机器创建临时顺序编号目录节点，给每台机器编号，然后每次选取编号最小的机器作为master

3.3 负载均衡
ZooKeeper本身是不提供负载均衡策略的，需要自己实现，所以准确的说，是在负载均衡中使用ZooKeeper来做集群的协调（也称为软负载均衡）

实现思路：

1. 将ZooKeeper作为服务的注册中心，所有服务器在启动时向注册中心登陆自己能够提供的服务
2. 服务的调用者到注册中心获取能够提供所需要服务的服务器列表，然后自己根据负载均衡算法，从中选取一台服务器进行连接
3. 当服务器列表发生变化时，如：某台服务器宕机下线，或服务器加入，ZooKeeper会自动通知调用者重新获取服务列表，实际上利用了ZooKeeper的特性，将ZooKeeper作为服务的注册和变更通知中心

安装

tar -zxf zookeeper-3.4.13.tar.gz
cd zookeeper-3.4.13/
mkdir data
cd conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg  # 默认使用的是zoo.cfg，名称固定
vi zoo.cfg
dataDir=../data  # 指定数据存放目录    

配置文件

tickTime=2000 心跳时间 维持心跳的时间间隔，单位是毫秒
在zookeeper中所有的时间都是以这个时间为基础单元，进行
整数倍配置
initLimit=10 初始通信时限 用于zookeeper集群，此时有多台zookeeper服务器，其中一个
为Leader，其他都为Follower
syncLimit=5 同步通信时限 在运行时Leader通过心跳检测与Follower进行通信，如果超过
syncLimit*tickTime时间还未收到响应，则认为该Follower已经
宕机
dataDir=../data 存储数据的目录 数据文件也称为snapshot快照文件
clientPort=2181 端口号 默认为2181
maxClientCnxns=60 单个客户端的最
大连接数限制
默认为60，可以设置为0，表示没有限制
autopurge.snapRetainCount=3 保留文件的数量 默认3个
autopurge.purgeInterval=1 自动清理快照文
件和事务日志的
频率
默认为0，表示不开启自动清理，单位是小时
dataLogDir= 存储日志的目录 未指定时日志文件也存放在dataDir中，为了性能最大化，一般
建议把dataDir和dataLogDir分别放到不同的磁盘上

客户端操作

./zkServer.sh start | stop | status | restart  # 启动|停止|查看状态|重启
./zkCli.sh  # 启动客户端，默认连接本机的2181端口
或
./zkCli.sh -server 服务器地址：端口 # 连接指定主机、指定端口的zookeeper
quit  # 退出客户端

help # 查看帮助 查看所有操作命令

create 节点路径 内容 # 创建普通节点 如果内容中有空格，则需要使用对双引号引起来
get 节点路径 # 获取节点中的值
create -e 节点路径 内容 # 创建临时节点 当连接断开后，节点会被自动删除
create -s 节点路径 内容 # 创建顺序编号节点 即带序号的节点
delete 节点路径 # 删除节点 只能删除空节点，即不能有子节点
rmr 节点路径 # 递归删除节点 remove  recursion
stat 节点路径 # 查看节点状态
set 节点路径 新值 # 修改节点内容

ls  节点路径 # 查看指定节点下的内容 ls /xxx/xxx
ls2  节点路径 # 查看指定节点的详细信息 查看所有子节点和当前节点的状态
# ls2详解  节点的状态信息，也称为stat结构体
[zookeeper] # 子节点名称数组
# 创建该znode的事务的zxid(ZooKeeper Transaction ID)
# 事务ID是ZooKeeper为每次更新操作/事务操作分配一个全局唯一的id，表示zxid，值越小，表示越先执行
cZxid = 0x0  # 0x0表示十六进制数0
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970 # 创建时间
mZxid = 0x0 # 最后一次更新的zxid
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970 # 最后一次更新的时间
pZxid = 0x0 # 最后更新的子节点的zxid
cversion = -1 # 子节点的变化号，表示子节点被修改的次数，-1表示从未被修改过
dataVersion = 0 # 当前节点的变化号，0表示从未被修改过
aclVersion = 0 # 访问控制列表的变化号 access control list
# 如果临时节点，表示当前节点的拥有者的sessionId
# 如果不是临时节点，则值为0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 0 # 数据长度
numChildren = 1 # 子节点数据

# 顺序编号节点 -s
1，顺序编号会紧跟在节点名称后面，节点最终名称为：节点名+序号，如/test0000000005
2，顺序编号是一个递增的计数器
3，顺序编号是由父节点维护，已有的子节点个数+1（包括临时节点和被删除的节点）
	index从0开始，如果子节点为空，则从0000000000开始，依次递增1
4，在分布式系统中，顺序编号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端就可以根据序号推断事件的顺序

集群

# 在每台服务器的conf/zoo.cfg文件中添加如下内容：
格式： server.A=B:C:D
server.id1=192.168.4.20:2888:3888
server.id2=192.168.4.21:2888:3888
server.id3=192.168.4.22:2888:3888
A表示这台服务器的编号ID，是一个数字
B表示服务器的IP地址或域名
C表示这台服务器与集群中的Leader交换信息时使用的端口
D表示执行选举Leader服务器时互相通信的端口

# 创建myid配置文件
cd dataDir
echo A的值 > myid
在集群环境下，需要在 dataDir 目录中创建一个名为 myid 的文件，
文件内容是当前服务器的编号id，即上面配置的A
ZooKeeper启动时会读取这个文件，将里面的数字与zoo.cfg中配置的server.A进行比较，从而判断这台服务器是哪个

# 启动所有ZooKeeper服务器，查看状态
此时在某台服务器上执行更新操作时，其他服务器也会同步

# 集群特性
1，一个ZooKeeper集群中，有一个领导者Leader和多个跟随者Follower
2，Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态
3，Follower用于接收客户端的请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票
4，半数机制：集群中只要有半数以上节点存活，集群就能够正常工作，所以一般集群中的服务器个数都为奇数
5，全局数据一致：,每台服务器保存一份相同的数据副本，不论客户端连接到哪个服务器，数据都是一致的
6，更新请求顺序执行：来自同一个客户端的更新请求，按其发送顺序依次执行
7，数据更新的原子性：一次数据更新，要么成功，要么失败
8，实时性：在一定的时间范围内，客户端能读取到最新数据

# 自动选举Leader机制
(假设现在有5台机器，每次选举投给自己，按照id值大小来确定，第3台机器选举时，id最大且过半，成为leader，
第4 第5 也投给自己，尽管id值较大，但leader已经存在)

1. Server1启动，给自己投票，然后发送投票信息，由于其它服务器都还没启动，所以它发现的消息收不到
任何反馈，此时Server1为Looking状态
2. Server2启动，给自己投票，同时与Server1通信交换选举结果，由于Server2的id值较大，
所以Server2胜出，但由于投票数没有过半，此时Server1和Server2都为Looking状态
3. Server3启动，给自己投票，同时与Server1和Server2通信交换选举结果，
由于Server3的id值较大，所以Server3胜出，此时票数已经过半，所以为Leader，其他为Follower
4. Server4启动，给自己投票，同时与Server1、Server2、Server3通信交换选举结果，
尽管Server4的id较大，但已经存在Leader，所以为Follower
5. Server5启动，同Server4

	总结：
1，每个服务器在启动时都会选择自己，然后将投票信息发送出去
2，服务器编号id越大，在选择算法中的权重越大
3，投票数必须过半，才能选出Leader
4，谁是Leader：启动顺序的前 集群数/2+1 个服务器中，id值最大的会成为Leader

# 监听机制 （监听Watch事件是一个一次性的触发器，当数据改变时只会触发一次，数据再发生改变，不会再次触发）
1，监听节点值的变化 
# 在集群的A服务器，监听某个节点值的变化
get /yyy watch
# 在集群的B服务器，修改对应节点的值
set /yyy myyyy
# 此时A服务器会收到事件NodeDataChanged
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/yyy
2，监听节点的子节点变化
# 在集群的A服务器，监听某个节点的子节点的变化
ls /yyy watch
# 在集群的B服务器，创建/修改/删除对应节点的子节点
create /yyy/hello hello
# 此时A服务器会收到事件NodeChildrenChanged
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/yyy

Java访问ZooKeeper

<dependency> <!--  用到了log4j -->
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.4.13</version>
</dependency>

    String connectString = "127.0.0.1:2181";  //服务器地址
    int sessionTimeout = 3000; //超时时间，单位为毫秒
    Watcher watcher = new MyWatcher();
    //public class MyWatcher implements Watcher {
    
    
        //@Override
        //public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
    
    
            //System.out.println("MyWatcher.process------" + watchedEvent);
        //}
    //}
    ZooKeeper zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watcher);

    Thread.sleep(2000);
    System.out.println(zkClient.getState());

    // 查看指定节点下的内容 第二个参数表示是否监视该节点
    List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);
    System.out.println(children);

    //创建节点 OPEN_ACL_UNSAFE表示acl权限列表为完全开放，PERSISTENT表示节点类型为持久化节点
    zkClient.create("/world", "世界".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

    //获取节点的数据（节点路径 是否监视 节点状态Stat）
    byte[] data = zkClient.getData("/world", true, null);
    System.out.println(new String(data));

    // 自定义Stat Watcher
    Stat stat = new Stat();
    byte[] data = zkClient.getData("/hello", new MyWatcher(), stat);
    System.out.println(new String(data));
    // System.out.println(stat);
    // System.out.println(stat.getCtime());
    // System.out.println(stat.getVersion());
    // System.out.println(stat.getDataLength());

    // 修改节点的数据
    // 第三个参数表示当前节点的数据版本，一般先获取数据stat，然后指定数据版本
    // zkClient.setData("/hello", "aaa".getBytes(), stat.getVersion()); 
    // 也可以设置为-1，表示不检测版本
    // zkClient.setData("/hello", "bbb".getBytes(), -1);  

    // 删除节点 要指定版本 -1是不检测
    // zkClient.delete("/hello", -1);

    // 判断节点是否存在 存在时返回节点状态，不存在则返回null
    System.out.println(zkClient.exists("/hello", false));

    zkClient.close();