大数据之Zookeeper（上）

1 分布式概述

• 早起我们使用单体架构，即所有的服务都部署在一台服务器的一个进程中，随着互联网的发展，逐步演进为分布式架构，多个服务分别部署在不同机器的不同进程中。

2 Zookeeper概述

• Zookeeper是一个开源的分布式协调服务，提供分布式数据一致性解决方案，分布式应用程序可以实现数据发布订阅、负载均衡、命名服务、集群管理分布式锁、分布式队列等功能。
• Zookeeper提供了分布式数据一致性的解决访问，那么什么是分布式数据一致性？

•  如上图所示，有用户user在DB1中修改balance为900，如果user下一次read请求到DB2数据库的时候，此时DB1数据库的数据还没及时更新到DB2中，就会造成整个数据库集群数据不一致。

• 数据一致性分为强一致性和最终一致性，强一致性指的是如果数据不一致，就不对外提供数据服务，保证用户读写的数据始终是一致的。数据强一致性值需要通过锁机制即可解决，在案例中通过在DB2没有从DB1同步数据之前上锁，不对外提供读操作。只要当同步完成以后才对外提供服务。而最终一致性要求数据最终同步即可，没有实时要求。

3 CAP原则

• CAP在分布式系统中主要指的是一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance）。
  • 一致性：一致性指的就是强一致性。
  • 可用性：系统提供的服务一直处于可用状态，用户的操作请求在指定的响应时间内响应请求，超过时间范围，认为系统不可用。
  • 分区容错性：分布式系统在遇到任何网络分区故障的时候，仍需要能够保证对外提供一致性和可用性服务，除非是整个网络都发生故障。
• 在一个分布式系统中不可能同时满足一致性、可用性、分区容错性，最多满足两个，对于分布式互联网应用而言，必须保证P，所以要么是CP，要么是AP。

4 一致性协议

4.1 概述

• 事务需要跨多个分布式节点时，为了保证事务的ACID特性，需要选举出一个协调者来协调分布式各个节点的调度，基于这个思想衍生了多种一致性协议。

4.2 2PC（二阶段提交）

• 顾名思义，二阶段提交叫事务的提交过程分为两个阶段：

• 阶段一：提交事务请求。
• ①协调者向所有的参与者节点发送事务内容，询问是否可以执行事务操作，并等待其他参与者节点的反馈。
• ②各个参与者节点执行事务操作。
• ③各个参与者节点反馈给协调者，事务是否可以执行。

• 阶段二：事务提交
• 根据一阶段各个参与者节点反馈的ack，如果所有参与者节点反馈ack，则执行事务提交，否则中断事务。
• 事务提交：
• ①协调者向各个参与者节点发送commit请求。
• ②参与者节点接受到commit请求后，执行事务的提交操作。
• ③各个参与者节点完成事务提交后，向协调者返送提交commit成功确认消息。
• ④协调者接受各个参与者节点的ack后，完成事务commit。
• 中断事务：
• ①发送回滚提交。
• ②各个参与者节点回滚事务。
• ③反馈给协调者事务回滚结果。
• ④协调者接受各个参与者节点ack后回滚事务。

• 二阶段提交存在的问题：
• ①同步阻塞：二阶段提交过程中，所有参与事务操作的节点都处于同步阻塞状态，无法进行其他的操作。
• ②单点问题：一旦协调者出现单点故障，无法保证事务的一致性操作。
• ③脑裂导致数据不一致：如果分布式节点出现网络分区，某些参与者未收到commit提交命令，则出现部分参与者完成数据提交。未收到commit命令的参与者则无法进行事务提交，整个分布式系统则出现了数据不一致的现象。

4.3 3PC（三阶段提交）

• 3PC是2PC的改进版，实质是将2PC中提交事务请求拆分为两部，形成了CanCommit、PreCommit、doCommit三个阶段的事务一致性协议。

• 阶段一：CanCommit
• ①事务询问。
• ②各个参与者节点向协调者反馈事务询问的响应。

• 阶段二：PreCommit
• 根据阶段一的反馈结果分为两种情况：
• 1）执行事务预提交。
• ① 发送预提交请求：协调者向所有参与者节点发送PreCommit请求，进入Prepared阶段。
• ②事务预提交：各个参与者节点接受到PreCommit请求，执行事务操作。
• ③各个参与者节点向协调者反馈事务执行：　　
• 2）中断事务。任意一个参与者节点反馈给协调者响应No的时候，或者在等待超时后，协调者还没有收到参与者的反馈，就中断事务。
• ①协调者向各个参与者节点发送abort请求。
• ②参与者节点接受到abort请求后，或者等待超时时间后，中断事务。

• 阶段三：doCommit
• 1）执行提交
• ①发送提交请求。协调者向所有参与者节点发送doCommit请求。
• ②事务提交。各个参与者节点接受到doCommit请求后，执行事务提交操作。
• ③反馈事务提交结束。各个参与者节点完成事务提交以后，向协调者发送ack。
• ④事务完成。协调者接受各个参与者反馈的ack后，完成事务。
• 2）中断事务
• ①参与者接受到abort请求后，执行事务回滚。
• ②参与者完成事务回滚以后，向协调者发送ack。
• ③协调者接受回滚ack以后，回滚事务。

• 3PC相对于2PC而言，解决了协调者挂点后参与者无限阻塞和单点问题，但是仍然无法解决网络分区问题。