Zookeeepr設(shè)計(jì)原理
分布式系統(tǒng)
- 什么是分布式系統(tǒng)
《分布式系統(tǒng)概念與設(shè)計(jì)》一書定義分布式系統(tǒng)是一個(gè)硬件或軟件組件分布在不同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上，彼此之間通過消息傳遞進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)
分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)
? 分布性
? 對(duì)等性
? 并發(fā)性
? 缺乏全局時(shí)鐘
? 故障總是會(huì)發(fā)生分布式環(huán)境的各種問題
? 通信異常
? 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)(俗稱“腦裂” )
? 三態(tài)(成功、失敗、超時(shí))
? 節(jié)點(diǎn)故障分布式系統(tǒng)-CAP定理
? 分區(qū)容錯(cuò)性(Partition tolerance)
? 一致性(Consistency)
? 可用性(Available)
? 一致性和可用性平衡方案
Zookeeper簡(jiǎn)介
? 一個(gè)開源的針對(duì)大型分布式系統(tǒng)的可靠協(xié)調(diào)系統(tǒng)
? 設(shè)計(jì)目標(biāo)是:將復(fù)雜且容易出錯(cuò)的分布式式一致性服務(wù) 封裝起來，構(gòu)成一個(gè)高效可靠的原語集，并以簡(jiǎn)單易用的接口提供給用戶使用。
? 提供的功能包括:發(fā)布/訂閱，分布式協(xié)調(diào)/通知，配置管理，集群管理，主從協(xié)調(diào)，分布式鎖等。
為什么選擇Zookeeper ？
? 開源、免費(fèi)
? 高效、可靠的解決數(shù)據(jù)一致性問題
? 工業(yè)界大型分布式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用
? 簡(jiǎn)單易用
Zookeeper特性
? 最終一致性
? 保證最終數(shù)據(jù)能夠達(dá)到一致，這是Zookeeper最重要的功能。
? 順序性
? 從同一個(gè)客戶端發(fā)起的事務(wù)請(qǐng)求，最終會(huì)嚴(yán)格地按照其發(fā)送順序被應(yīng)用到Zookeeper中。
? 可靠性
? 一旦服務(wù)器成功的應(yīng)用一個(gè)事務(wù)，并完成了客戶端的響應(yīng)，那么該事 務(wù)所引起的服務(wù)端狀態(tài)變更將會(huì)被一直保留下去。
? 實(shí)時(shí)性
? Zookeeper不能保證兩個(gè)客戶端能同時(shí)得到剛更新的數(shù)據(jù)，如果需要最新數(shù)據(jù)，應(yīng)該在讀數(shù)據(jù)之前調(diào)用sync()接口。
? 原子性:
? 一次數(shù)據(jù)更新要么成功，要么失敗。
? 單一視圖:
? 無論客戶端連接到哪個(gè)服務(wù)器，看到的數(shù)據(jù)模型都是一致的。
Zookeeper架構(gòu)
zookeeper角色
| 角色 | 描述 |
|---|---|
| Leader | 更新系統(tǒng)狀態(tài)，處理事務(wù)請(qǐng)求，負(fù)責(zé)進(jìn)行投票的發(fā)起和決議 |
| Leaner Follower | 處理客戶端非事務(wù)請(qǐng)求并向客戶端返回結(jié)果，將寫事務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Leader，同步Leader的狀態(tài)，選主過程中參與投票 |
| Leaner Observer | 接收客戶端讀請(qǐng)求，將客戶端寫請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Leader，不參與投票過程，只同步Leader的狀態(tài)。目的是為了擴(kuò)展系統(tǒng)，提高讀取速度 |
| Client | 請(qǐng)求發(fā)起方 |
Zookeeper寫入
- 數(shù)據(jù)寫入最終一致性核心算法ZAB算法
- Leader負(fù)責(zé)處理寫事務(wù)請(qǐng)求
-
Follower負(fù)責(zé)向Leader轉(zhuǎn)發(fā)寫請(qǐng)求，響應(yīng)Leader發(fā)出的提議
Zookeeper選舉
? 服務(wù)器四種狀態(tài):
? LOOKING:尋找Leader狀態(tài)，處于該狀態(tài)需要進(jìn)入選舉流程
? LEADING:領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)，表明當(dāng)前服務(wù)角色為L(zhǎng)eader
? FOLLOWING:跟隨者狀態(tài)，Leader已經(jīng)選舉出來，表明當(dāng)前服務(wù)角色為Follower
? OBSERVER:觀察者狀態(tài)，表明當(dāng)前服務(wù)角色Observer
事務(wù)ID:用ZXID表示，是一個(gè)64位的數(shù)字，由Leader統(tǒng) 一分配，全局唯一，不斷遞增。
數(shù)據(jù)模型Znode
? Zookeeper特有的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)Znode，視圖結(jié)構(gòu)類似 Linux文件系統(tǒng)，沒有目錄和文件的概念
? Znode是Zookeeper中數(shù)據(jù)的最小單元
? Znode上可以保存數(shù)據(jù)，通過掛載子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)樹狀的層次化命名空間
? Znode樹的根由“/”斜杠開始
Znode - 節(jié)點(diǎn)類型
? 節(jié)點(diǎn)類型
? 持久節(jié)點(diǎn)(PERSISTENT)
? 臨時(shí)節(jié)點(diǎn)(EPHEMERAL)
? 順序節(jié)點(diǎn)(SEQUENTIAL)
? 組合節(jié)點(diǎn)類型
? 持久節(jié)點(diǎn)(PERSISTENT)
? 持久順序節(jié)點(diǎn)( PERSISTENT _ SEQUENTIAL )
? 臨時(shí)節(jié)點(diǎn)(EPHEMERAL)
? 臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)(EPHEMERAL_ SEQUENTIAL)
Znode - 版本
? 版本類型
? dataVersion:當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的版本號(hào)
? cVersion:當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)的版本號(hào)?
? aVersion:當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)ACL權(quán)限變更版本號(hào)
? 如何保證分布式數(shù)據(jù)原子性操作
? 悲觀鎖
? 樂觀鎖
? 使用version實(shí)現(xiàn)樂觀鎖機(jī)制中的“寫入校驗(yàn)”
Znode - 狀態(tài)
| 狀態(tài)屬性 | 說明 |
|---|---|
| cZxid | Znode被創(chuàng)建時(shí)的事務(wù)ID |
| ctime | Znode被創(chuàng)建的時(shí)間 |
| mZxid | Znode最后一次被更新的事務(wù)ID |
| mtime | Znode最后一次被更新的時(shí)間 |
| pZxid | Znode子節(jié)點(diǎn)列表最后一次被修改時(shí)的事務(wù)ID |
| cversion | 子節(jié)點(diǎn)的版本號(hào) |
| dataVersion | 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的版本號(hào) |
| aclVersion | 節(jié)點(diǎn)的ACL版本號(hào) |
| ephemeralOwner | 創(chuàng)建該Znode的會(huì)話的sessionID，持久節(jié)點(diǎn)該值為0 |
| dataLength | 數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度 |
| numChildren | 當(dāng)前Znode的子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù) |
Znode - Watcher機(jī)制
