ZooKeeper是用來(lái)協(xié)調(diào)（同步）分布式進(jìn)程的服務(wù)，多個(gè)分布式進(jìn)程通過(guò)ZooKeeper提供的API來(lái)操作共享的ZooKeeper內(nèi)存數(shù)據(jù)對(duì)象ZNode來(lái)達(dá)成某種一致的行為或結(jié)果，這種模式本質(zhì)上是基于狀態(tài)共享的并發(fā)模型。ZooKeeper實(shí)現(xiàn)這些分布式進(jìn)程的狀態(tài)（ZNode的Data、Children）共享時(shí)，基于性能的考慮采用了類似的異步非阻塞的主動(dòng)通知模式即Watch機(jī)制，使得分布式進(jìn)程之間的“共享狀態(tài)通信”更加實(shí)時(shí)高效。注意，這種共享也需要zookeeper使得分布式進(jìn)程能夠順序執(zhí)行，保證結(jié)果的正確性，Zab協(xié)議使得ZooKeeper的內(nèi)部修改狀態(tài)操作直接是有序串行的。在此不討論zab協(xié)議。

Zookeeper Watcher架構(gòu)

Zookeeper Watcher流程是客戶端向服務(wù)端的某個(gè)節(jié)點(diǎn)路徑上注冊(cè)一個(gè)watcher，客戶端同時(shí)會(huì)在本地watcherManager中存儲(chǔ)特定的watcher，當(dāng)發(fā)生節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)或者節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)變化時(shí)，服務(wù)端會(huì)通知客戶端節(jié)點(diǎn)變化信息，然后客戶端收到通知后，會(huì)調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

實(shí)現(xiàn)原理
Watcher接口：客戶端用來(lái)接收從 ZooKeeper 服務(wù)端發(fā)過(guò)來(lái)的消息并且同步地處理這些消息，如果要處理這個(gè)消息，需要為客戶端注冊(cè)一個(gè) CallBack（回調(diào)）watcher對(duì)象。設(shè)計(jì)如下：

watcher通知狀態(tài)和事件類型表

WatchedEvent 和 WatcherEvent都表示的是同一個(gè)事物，都是對(duì)一個(gè)服務(wù)端事件的封裝。不同的是，WatchedEvent 是一個(gè)邏輯事件，用于服務(wù)端和客戶端程序執(zhí)行過(guò)程中所需的邏輯對(duì)象，而 WatcherEvent 因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了序列化接口，因此可以用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。
服務(wù)端在線程 WatchedEvent 事件之后，會(huì)調(diào)用 getWrapper 方法將自己包裝成一個(gè)可序列化的 WatcherEvent 事，以便通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇蛻舳恕？蛻舳嗽诮邮盏椒?wù)端的這個(gè)事件對(duì)象后，首先會(huì)將 WatcherEvent 事件還原成一個(gè) WatchedEvent 事件，并傳遞給 process 方法處理，回調(diào)方法 process 根據(jù)入?yún)⒕湍軌蚪馕龀鐾暾姆?wù)端事件了。

客戶端注冊(cè)Watcher
涉及接口：

//創(chuàng)建zk客戶端對(duì)象實(shí)例時(shí)注冊(cè),這個(gè) Watcher 將作為整個(gè) ZooKeeper 會(huì)話期間的默認(rèn) Watcher，
//會(huì)一直被保存在客戶端 ZKWatchManager 的 defaultWatcher 里面,
//如果這個(gè)被創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)在其它時(shí)候被創(chuàng)建watcher并注冊(cè)，則這個(gè)默認(rèn)的watcher會(huì)被覆蓋
//watcher觸發(fā)一次就會(huì)失效，不管是創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)的 watcher 還是以后創(chuàng)建的 watcher.因?yàn)榉?wù)端每次觸發(fā)之后就會(huì)刪掉服務(wù)端的watcher
ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher)

getChildren(String path, Watcher watcher)
//Boolean watch表示是否使用上下文中默認(rèn)的watcher，即創(chuàng)建zk實(shí)例時(shí)設(shè)置的watcher
getChildren(String path, boolean watch)

getData(String path, boolean watch, Stat stat)
getData(String path, Watcher watcher, AsyncCallback.DataCallback cb, Object ctx)

exists(String path, boolean watch)
exists(String path, Watcher watcher)

客戶端注冊(cè)流程

當(dāng)DataTree中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容或版本發(fā)生變化或節(jié)點(diǎn)變更時(shí)，會(huì)調(diào)用相應(yīng)方法去觸發(fā) WatchManager 的 triggerWatch 方法，該方法返回 ZNODE 的信息，自此進(jìn)入到回調(diào)本地 process 的序列。

public Set<Watcher> triggerWatch(String path, EventType type, Set<Watcher> supress) {
WatchedEvent e = new WatchedEvent(type,
 KeeperState.SyncConnected, path);
//將事件類型（EventType）、通知狀態(tài)（WatchedEvent）、節(jié)點(diǎn)路徑封裝成一個(gè) WatchedEvent 對(duì)象
 HashSet<Watcher> watchers;
 synchronized (this) {
//根據(jù)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)路徑從 watchTable 里面取出對(duì)應(yīng)的 Watcher。如果沒(méi)有找到 Watcher 對(duì)象，
//說(shuō)明沒(méi)有任何客戶端在該數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上注冊(cè)過(guò) Watcher，直接退出。如果找打了 Watcher 就將其提取出來(lái)，
//同時(shí)會(huì)直接從 watchTable 和 watch2Paths 里刪除 Watcher，即 Watcher 是一次性的，觸發(fā)一次就失效了。
 watchers = watchTable.remove(path);
for (Watcher w : watchers) {
 HashSet<String> paths = watch2Paths.get(w);
 }
 }
 for (Watcher w : watchers) {
 if (supress != null && supress.contains(w)) {
 continue;
 }
//對(duì)于需要注冊(cè) Watcher 的請(qǐng)求，ZooKeeper 會(huì)把請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的ServerCnxn 作為一個(gè) Watcher 存儲(chǔ)，
//所以這里調(diào)用的 process 方法實(shí)質(zhì)上是 ServerCnxn 的對(duì)應(yīng)方法
 w.process(e);
 }
 return watchers;
}

ServerCnxn 類代碼

synchronized public void process(WatchedEvent event) {
 ReplyHeader h = new ReplyHeader(-1, -1L, 0);
 if (LOG.isTraceEnabled()) {
 ZooTrace.logTraceMessage(LOG, ZooTrace.EVENT_DELIVERY_TRACE_MASK,
 "Deliver event " + event + " to 0x"
 + Long.toHexString(this.sessionId)
 + " through " + this);
 }
 
 // Convert WatchedEvent to a type that can be sent over the wire
 WatcherEvent e = event.getWrapper();
 
 sendResponse(h, e, "notification");
 }

客戶端收到消息后，會(huì)調(diào)用 ClientCnxn 的 SendThread.readResponse 方法來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一處理，如清單所示。如果響應(yīng)頭 replyHdr 中標(biāo)識(shí)的 Xid 為 02，表示是 ping，如果為-4，表示是驗(yàn)證包，如果是-1，表示這是一個(gè)通知類型的響應(yīng)，然后進(jìn)行反序列化、處理 chrootPath、還原 WatchedEvent、回調(diào) Watcher 等步驟，其中回調(diào) Watcher 步驟將 WacthedEvent 對(duì)象交給 EventThread 線程，在下一個(gè)輪詢周期中進(jìn)行 Watcher 回調(diào)。

Zookeeper Watcher特點(diǎn)
注冊(cè)只能確保一次消費(fèi)

無(wú)論是服務(wù)端還是客戶端，一旦一個(gè) Watcher 被觸發(fā)，ZooKeeper 都會(huì)將其從相應(yīng)的存儲(chǔ)中移除。因此，開發(fā)人員在 Watcher 的使用上要記住的一點(diǎn)是需要反復(fù)注冊(cè)。這樣的設(shè)計(jì)有效地減輕了服務(wù)端的壓力。如果注冊(cè)一個(gè) Watcher 之后一直有效，那么針對(duì)那些更新非常頻繁的節(jié)點(diǎn)，服務(wù)端會(huì)不斷地向客戶端發(fā)送事件通知，這無(wú)論對(duì)于網(wǎng)絡(luò)還是服務(wù)端性能的影響都非常大。
持久Watcher需要每次收到通知事件后重復(fù)注冊(cè)。
客戶端串行執(zhí)行

客戶端 Watcher 回調(diào)的過(guò)程是一個(gè)串行同步的過(guò)程，這為我們保證了順序，同時(shí)，需要開發(fā)人員注意的一點(diǎn)是，千萬(wàn)不要因?yàn)橐粋€(gè) Watcher 的處理邏輯影響了整個(gè)客戶端的 Watcher 回調(diào)。

輕量級(jí)設(shè)計(jì)

WatchedEvent 是 ZooKeeper 整個(gè) Watcher 通知機(jī)制的最小通知單元，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中只包含三部分的內(nèi)容：通知狀態(tài)、事件類型和節(jié)點(diǎn)路徑。也就是說(shuō)，Watcher 通知非常簡(jiǎn)單，只會(huì)告訴客戶端發(fā)生了事件，而不會(huì)說(shuō)明事件的具體內(nèi)容。例如針對(duì) NodeDataChanged 事件，ZooKeeper 的 Watcher 只會(huì)通知客戶指定數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)容發(fā)生了變更，而對(duì)于原始數(shù)據(jù)以及變更后的新數(shù)據(jù)都無(wú)法從這個(gè)事件中直接獲取到，而是需要客戶端主動(dòng)重新去獲取數(shù)據(jù)，這也是 ZooKeeper 的 Watcher 機(jī)制的一個(gè)非常重要的特性。另外，客戶端向服務(wù)端注冊(cè) Watcher 的時(shí)候，并不會(huì)把客戶端真實(shí)的 Watcher 對(duì)象傳遞到服務(wù)端，僅僅只是在客戶端請(qǐng)求中使用 boolean 類型屬性進(jìn)行了標(biāo)記，同時(shí)服務(wù)端也僅僅只是保存了當(dāng)前連接的 ServerCnxn 對(duì)象。這樣輕量級(jí)的 Watcher 機(jī)制設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)開銷和服務(wù)端內(nèi)存開銷上都是非常廉價(jià)的。

參考資料：
ZooKeeper Watcher機(jī)制
Apache ZooKeeper Watcher 機(jī)制源碼解釋
品味ZooKeeper之Watcher機(jī)制