基本概念
角色
zookeeper 集群中的節(jié)點(diǎn)共有三種角色，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)只能是一種角色。集群中的所有機(jī)器通過一個(gè) Leader 選舉過程來選定一臺被稱為 Leader 的機(jī)器。
Leader：接受所有 Follower 的提案請求并統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)起提案的投票，負(fù)責(zé)與所有的 Follower 進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換
Follower：直接為客戶端服務(wù)并參與提案的投票，同時(shí)與 Leader 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換
Observer：直接為客戶端服務(wù)但不參與提案的投票，同時(shí)也與 Leader 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換會話
zookeeper 中客戶端啟動(dòng)時(shí)會與服務(wù)器建立一個(gè) TCP 連接，從第一次連接建立開始，客戶端會話的生命周期就開始了，通過這個(gè)連接，客戶端能夠通過心跳檢測與服務(wù)器保持有效的會話，也能夠向服務(wù)器發(fā)送請求并接受響應(yīng)，還能夠接收來自服務(wù)器的 watch 事件通知。節(jié)點(diǎn)
一般在分布式語境下的節(jié)點(diǎn)是指組成集群的每一臺服務(wù)器，在 zookeeper 中還有另外一層意思，稱之為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（ZNode）。
zookeeper 的整個(gè)名字空間的結(jié)構(gòu)是層次化的，和 Linux 文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，是一顆樹。名字空間的層次由斜杠（/）來進(jìn)行分割，在名稱空間里面的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的名字空間由這個(gè)結(jié)點(diǎn)的路徑來確定。
每個(gè) ZNode 上都會保存自己的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)還會保存一系列屬性信息。版本
對于每個(gè) ZNode ，zookeeper 都會為它維護(hù)一個(gè)叫 Stat 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Stat 中記錄了 ZNode 的三個(gè)數(shù)據(jù)版本，version（當(dāng)前ZNode數(shù)據(jù)內(nèi)容的版本號）、cversion（當(dāng)前ZNode子節(jié)點(diǎn)的版本號）、aversion（當(dāng)前ZNode的ACL變更版本號）watcher
zookeeper 允許用戶在指定節(jié)點(diǎn)上注冊一些 watcher，并且在特定事件觸發(fā)的時(shí)候，zookeeper 服務(wù)端會將事件通知到感興趣的客戶端，該機(jī)制是 zookeeper 實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)服務(wù)的重要特性。
客戶端命令
這里列出常用的客戶端命令，所謂客戶端命令指使用 zkCli 連接到 zookeeper 服務(wù)器之后使用的命令，zkCli 連接的語法如下：
zkCli -server host:port cmd args
zkCli 是客戶端可執(zhí)行文件名，根據(jù)具體操作系統(tǒng)環(huán)境可能是 zkCli.sh 或 zkCli.cmd
host 是服務(wù)器IP或域名，port 是服務(wù)器端口號，如果有多個(gè)服務(wù)器地址則用逗號分隔
cmd 是具體命令、args 是命令的參數(shù)，也可以連接上服務(wù)器之后再執(zhí)行命令。
查看節(jié)點(diǎn)
ls /path
查看名為 /path 的子節(jié)點(diǎn)，但只能查看指定節(jié)點(diǎn)下的第一級的所有子節(jié)點(diǎn)。
ls2 /path
查看名為 /path 的子節(jié)點(diǎn)，并且能看到更新次數(shù)等屬性信息。創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)
create [-s] [-e] /path data
創(chuàng)建一個(gè)名叫 /path 的節(jié)點(diǎn)，并包含數(shù)據(jù) data。加上 -s 表示創(chuàng)建的是順序節(jié)點(diǎn)，加上 -e 表示創(chuàng)建的是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，如果都不加則默認(rèn)為創(chuàng)建持久節(jié)點(diǎn)。刪除節(jié)點(diǎn)
delete /path
刪除名為 /path 的節(jié)點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
set /path data
設(shè)置名為 /path 的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為 data返回節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
get /path
返回名為 /path 的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和屬性信息強(qiáng)制同步數(shù)據(jù)
sync /path
將名為 /path 的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制同步為最新的數(shù)據(jù)幫助信息
help
幫助命令，顯示客戶端支持的命令及語法格式退出
quit
退出當(dāng)前客戶端，會話結(jié)束。
運(yùn)維命令
zookeeper 提供了一些四字命令用于獲取 zookeeper 服務(wù)端的當(dāng)前狀態(tài)及相關(guān)信息，這些命令在系統(tǒng)運(yùn)維時(shí)很有用。用戶在客戶端可以通過 telnet 或 nc 向zookeeper 提交相應(yīng)的命令，比如 nc 方式：
echo cmd|nc host port
cmd 是具體的命令（因?yàn)橐话闶撬膫€(gè)字母所以又叫做四字命令），host 是zookeeper 服務(wù)器 IP 地址或域名，port 是 zookeeper 端口號
conf
顯示服務(wù)配置的詳細(xì)信息，比如數(shù)據(jù)文件目錄、日志文件目錄、間隔單位時(shí)間、選舉算法、選舉端口等。cons
列出所有連接到服務(wù)器的客戶端的完全的連接／會話的詳細(xì)信息。包括”接受 / 發(fā)送”的包數(shù)量、會話 id 、操作延遲、最后的操作執(zhí)行等。crst
重置所有連接。dump
列出未經(jīng)處理的會話和臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。envi
顯示關(guān)于服務(wù)器環(huán)境的詳細(xì)信息，比如 zookeeper 版本、操作系統(tǒng)版本、jdk 地址等。reqs
列出未經(jīng)處理的請求。ruok
測試服務(wù)是否處于正確狀態(tài)。如果確實(shí)如此，那么服務(wù)返回“imok ”，否則不做任何相應(yīng)。stat
輸出關(guān)于性能和連接的客戶端的列表。wchs
列出服務(wù)器 watch 的詳細(xì)信息。wchc
通過 session 列出服務(wù)器 watch 的詳細(xì)信息，它的輸出是一個(gè)與 watch 相關(guān)的會話的列表。wchp
通過路徑列出服務(wù)器 watch 的詳細(xì)信息，它的輸出是一個(gè)與 session 相關(guān)的路徑。
上面列出的是一些常用的四字命令，更詳細(xì)信息可以參考zookeeper的官方文檔，里面的【ZooKeeper Commands】一節(jié)有具體介紹。
特性
- 一致性
zookeeper 很好地保證在分布式高并發(fā)情況下節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建一定是全局唯一性，即保證客戶端無法重復(fù)創(chuàng)建一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。
根據(jù) CAP 理論，分布式系統(tǒng)只能滿足一致性（Consistence）、可用性（Availability）、分區(qū)容錯(cuò)性（partitioning)三項(xiàng)中的兩項(xiàng)而不可能滿足全部三項(xiàng)。對于 zookeeper 來說，其實(shí)現(xiàn)了 A 可用性、P 分區(qū)容錯(cuò)性、C 中的寫入強(qiáng)一致性，喪失的是 C 中的讀取一致性。
更進(jìn)一步解釋，zookeeper 的一致性保證包括以下幾點(diǎn)：
- 順序一致性
一個(gè)客戶端的更新將按照發(fā)送的順序被寫入到服務(wù)端。 - 原子性
更新要么成功，要么失敗，沒有部分結(jié)果。 - 單一系統(tǒng)鏡像
客戶端只會連接 host 列表中狀態(tài)最新的那些實(shí)例。如果正在連接到的實(shí)例掛了，客戶端會嘗試重新連接到集群中的其他實(shí)例，那么此時(shí)滯后于故障實(shí)例的其它實(shí)例都不會接收該連接請求，只有和故障實(shí)例版本相同或更新的實(shí)例才接收該連接請求。 - 持久性
寫操作完成之后將會被持久化存儲，不受服務(wù)器故障影響。 - 并發(fā)一致性
zookeeper 并不保證在某個(gè)時(shí)刻兩個(gè)不同客戶端具有一致的數(shù)據(jù)視圖，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的延遲一個(gè)客戶端可能在另一個(gè)客戶端得到修改通知之前進(jìn)行更新。如果不同客戶端讀取到相同的值很重要，那么客戶端應(yīng)該在執(zhí)行讀取操作之前調(diào)用 sync() 方法，使得讀操作的連接所連的 zookeeper 實(shí)例能與 leader 進(jìn)行同步，從而能讀到最新的類容。
watcher 監(jiān)聽
客戶端如果對一個(gè)節(jié)點(diǎn)注冊 watcher 監(jiān)聽，那么當(dāng)該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容或其子節(jié)點(diǎn)發(fā)生變更時(shí)，zookeeper 服務(wù)器會向訂閱的客戶端發(fā)送變更通知。臨時(shí)節(jié)點(diǎn)
對在 zookeeper 上創(chuàng)建的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，一旦客戶端與服務(wù)器之間的會話失效，那么該臨時(shí)節(jié)點(diǎn)就被自動(dòng)清除。順序節(jié)點(diǎn)
客戶端申請創(chuàng)建該節(jié)點(diǎn)時(shí) zookeeper 會自動(dòng)在節(jié)點(diǎn)路徑末尾添加遞增序號
應(yīng)用場景
數(shù)據(jù)訂閱發(fā)布
將應(yīng)用中的配置信息放在 zookeeper 中集中管理。應(yīng)用在啟動(dòng)時(shí)主動(dòng)到zk服務(wù)端進(jìn)行一次配置信息的獲取，同時(shí)在指定節(jié)點(diǎn)注冊一個(gè) watcher 監(jiān)聽。這樣只要配置信息發(fā)生變更，服務(wù)端都會實(shí)時(shí)通知到所有訂閱的客戶端。域名服務(wù)
將域名配置信息放在 zookeeper 上，對外提供一套域名注冊、域名解析、域名可用性檢測的服務(wù)?；诖颂峁┮惶讋?dòng)態(tài)的 DNS 服務(wù)。全局唯一 ID
可以利用順序節(jié)點(diǎn)的特性生成全局唯一的 ID。分布式協(xié)調(diào)通知
利用 watcher 監(jiān)聽實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)和通知，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變更的處理。不同客戶端都對 zookeeper 上同一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 watcher 注冊，如果數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化，那么所有訂閱的客戶端都能受到通知。Master 選舉
利用 zookeeper 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)的強(qiáng)一致性，由客戶端集群定時(shí)往 zookeeper 上創(chuàng)建同一個(gè)名字的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。在這個(gè)過程中只有一個(gè)客戶端能夠創(chuàng)建成功，那么該客戶端就成了 Master，同時(shí)其他沒有創(chuàng)建成功的客戶端都在該節(jié)點(diǎn)注冊一個(gè)節(jié)點(diǎn)變更的 watcher，用于監(jiān)控當(dāng)前 Master 機(jī)器是否存活，一旦發(fā)現(xiàn) Master 掛掉其余客戶端重新進(jìn)行 Master 選舉。分布式鎖
排他鎖
利用強(qiáng)一致性，將 zookeeper 上的一個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)表示為一個(gè)排他鎖，所有客戶端同時(shí)創(chuàng)建該節(jié)點(diǎn)，最終只有一個(gè)客戶端能創(chuàng)建成功，那么就認(rèn)為該客戶端獲得了鎖，同時(shí)注冊該節(jié)點(diǎn)的 watcher 監(jiān)聽。當(dāng)移除該節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為釋放了鎖。共享鎖
利用強(qiáng)一致性，將 zookeeper 上的一個(gè)臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)表示為一個(gè)共享鎖，并注冊同級子節(jié)點(diǎn)的 watcher 監(jiān)聽。判斷讀寫順序時(shí)根據(jù)不同需求關(guān)注比自己序號小的同級子節(jié)點(diǎn)類型。
