姓名：劉保闊

學(xué)號：19021210887

轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/HarderXin/article/details/103975611

【嵌牛導(dǎo)讀】

????????Zookeeper主要是基于文件系統(tǒng)和監(jiān)聽通知機制，可以用于統(tǒng)一命名服務(wù)、分布式配置管理、集群管理、分布式鎖、分布式隊列、負(fù)載均衡等功能。

【嵌牛正文】

文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Zookeeper維護一個類似文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

圖1

每一個子目錄，如NameService稱之為一個znode目錄節(jié)點，和文件系統(tǒng)一樣，我們可以對znode節(jié)點進行添加、刪除操作，在znode的子節(jié)點下添加刪除操作，唯一的不同是znode是可以保存數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)還包含當(dāng)前版本、數(shù)據(jù)版本、建立時間和修改時間等

數(shù)據(jù)類型

Zookeeper支持四種類型的節(jié)點數(shù)據(jù)：

持久化目錄節(jié)點(persistent)：客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點依然存在

持久化順序編號目錄節(jié)點(persistent_sequential)：與持久化目錄節(jié)點一樣，不過Zookeeper給該節(jié)點進行順序編號

臨時目錄節(jié)點(ephemeral)：客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點被刪除

臨時順序編號目錄節(jié)點(ephemeral_sequential)：與臨時目錄節(jié)點一樣，不過Zookeeper給該節(jié)點進行順序編號

監(jiān)聽通知機制

客戶端監(jiān)聽它所關(guān)心的目錄節(jié)點，當(dāng)目錄節(jié)點發(fā)生變化(數(shù)據(jù)改變、刪除、子目錄節(jié)點發(fā)生變化)的時候，zookeeper會通知客戶端，在Zookeeper中，默認(rèn)有二種角色，F(xiàn)ollower、Leader，一個Zookeeper集群在同一時刻只會有一個Leader，其余都是Follower，我們還可以添加Observer角色，如果想使用Observer模式，在任何想變成Observer的節(jié)點的配置文件中加入：peerType=Observer。Leader服務(wù)器可以為客戶端提供讀和寫操作，而Follower和Observer都只能提供讀服務(wù)，唯一的區(qū)別是Observer不參與Leader選舉過程，也不參與寫操作(過半寫成功)策略，因此Observer可以在不影響寫性能的情況下提升集群的讀性能。

應(yīng)用場景

Zookeeper所有的功能都是基于文件系統(tǒng)和監(jiān)聽通知機制來完成的，下面來講解一下各個功能的實現(xiàn)原理：

分布式配置管理

圖2

在大型系統(tǒng)中，我們部署的項目可能超過上百臺機器，當(dāng)我們在修改配置的時候，不可能每一臺機器都去修改一下，這樣維護起來太復(fù)雜了，所以我們可以將配置文件通過Zookeeper來管理，在Zookeeper中創(chuàng)建一個Configuration的目錄節(jié)點，所有應(yīng)用程序都監(jiān)聽這個目錄節(jié)點，一旦配置文件的信息發(fā)生變化，Zookeeper會通知每個應(yīng)用，然后每個應(yīng)用從Zookeeper中獲取最新的配置信息。

Zookeeper集群環(huán)境

圖3

如上圖，我們在三臺服務(wù)器上部署了Zookeeper的集群環(huán)境，在三臺機器的Zookeeper啟動完成后，會選舉一臺機器為Leader，負(fù)責(zé)客戶端的的讀和寫請求，其他兩條機器為Follower，只能負(fù)責(zé)讀請求

場景模擬：當(dāng)我們通過zkclient在192.168.1.1的機器上創(chuàng)建了一個/hello的數(shù)據(jù)節(jié)點，會發(fā)現(xiàn)這臺Follower也能寫成功，并且在192.168.1.2或者192.168.1.3的機器上都能夠獲取到，那么是不是就與上面的Follower只能負(fù)責(zé)讀理論沖突了？其實并沒有沖突，而是Follower在接受到寫請求后，它會將寫請求轉(zhuǎn)給Leader節(jié)點，讓Leader節(jié)點去處理寫請求，Leader寫成功后會通知同步到各個Follower節(jié)點，這樣做的目的是保證數(shù)據(jù)的唯一性，過程如下：

圖4

1、 Client向Follower發(fā)起一個寫請求

2、 Follower把寫請求轉(zhuǎn)發(fā)給Leader

3、 Leader接收到請求以后開始發(fā)起投票并通知Follower進行投票

4、 Follower把投票結(jié)果發(fā)送給Leader

5、 Leader將結(jié)果匯總，發(fā)現(xiàn)如果超過一半的節(jié)點支持寫入，那么投票成功，則開始寫入同時把寫入操作通知給Follower，然后commit

6、 Follower把請求結(jié)果返回給Client

集群選舉原理

圖5

還是拿上面的寫請求作為分析案例，當(dāng)我們的Follower向Leader發(fā)送一個寫請求后，會在Leader節(jié)點生成一個全局唯一的嚴(yán)格保證順序遞增的事務(wù)ID(ZXID)，因為讀不會有事務(wù)的概念，寫才有事務(wù)的概念，生成后Leader節(jié)點會向所有的Follower節(jié)點服務(wù)器發(fā)送請求，并且所有的Follower服務(wù)器會發(fā)送一個收到事務(wù)通知的確認(rèn)消息到Leader服務(wù)器，只要Leader服務(wù)器收到超過一半的Follower服務(wù)器發(fā)過來的確認(rèn)消息，Leader服務(wù)器就可以開始做Commit操作，同時也通知其他Follower服務(wù)器做Commit操作，這樣在一臺Follower服務(wù)器上寫數(shù)據(jù)后，其他服務(wù)器都能夠同步更新，這里面涉及到兩階段提交，這樣做的目的是保證了數(shù)據(jù)的一致性，性能也比較高。

如果其中Leader節(jié)點因為某種原因而導(dǎo)致服務(wù)器掛了，那么如何保證高可用呢，Zookeeper會通過集群選舉一個新的節(jié)點作為Leader節(jié)點，實現(xiàn)如下：當(dāng)Leader節(jié)點不可用的時候，所有的Follower節(jié)點會向集群中其他的存活的Follower節(jié)點發(fā)送投票消息，該消息格式為(myid,zxid)，每臺服務(wù)器當(dāng)然是優(yōu)先投自己，其中myid為集群搭建的時候我們自己配置的，zxid為該服務(wù)器最新的zxid，每臺機器的zxid由于受到Leader消息的前后可能會不一樣，當(dāng)每臺機器接受到來自不同F(xiàn)ollower發(fā)送的消息后，根據(jù)最大的zxid進行pk，誰的最大，誰的票數(shù)最多，然后其他的票數(shù)作廢，因為最大的zxid的服務(wù)器肯定能保證數(shù)據(jù)是最新最全的，當(dāng)每臺服務(wù)器選舉出來結(jié)果后會做更新操作，同時會向其他服務(wù)器發(fā)通知，其他服務(wù)器收到投票通知后，當(dāng)其中一臺服務(wù)器得到的票數(shù)大于總服務(wù)器數(shù)的一半，那么該服務(wù)器就成功選舉成為Leader，所以我們在搭建集群環(huán)境的時候，最好搭建的集群數(shù)量為奇數(shù)，集群Leader選舉和集群消息廣播(兩階段提交)的組合就是zab原子廣播協(xié)議。Zookeeper沒有用到paxos算法來保證數(shù)據(jù)一致性，zab協(xié)議其實是paxos算法的一個變種。

分布式鎖

分布式鎖主要用于在分布式環(huán)境中保護跨進程、跨主機、跨網(wǎng)絡(luò)的共享資源實現(xiàn)互斥訪問，以達到保證數(shù)據(jù)的一致性。Zookeeper實現(xiàn)分布式鎖是通過持久節(jié)點和臨時順序節(jié)點來完成的，實現(xiàn)思路如下：

圖6

1、 在指定目錄下創(chuàng)建一個持久節(jié)點，例如lock節(jié)點(zookeeper里面的znode節(jié)點會自動同步，而且是強一致性的，創(chuàng)建一個節(jié)點后只有zookeeper集群同步完成后才算成功)

2、 每當(dāng)進程需要訪問共享資源的時候，會在lock下面建立響應(yīng)的順序臨時子節(jié)點，例如tmp_node1、tmp_node2、tmp_node3

3、 建立臨時順序子節(jié)點后，判斷建立的子節(jié)點的順序號(臨時子節(jié)點創(chuàng)建會自動生成一個順序號)是否為最小節(jié)點，如果是最小節(jié)點，就可以獲得鎖對資源進行訪問

4、 如果該節(jié)點不是最小節(jié)點，那么就獲得該節(jié)點的上一個順序節(jié)點，并給該節(jié)點注冊監(jiān)聽事件監(jiān)聽

5、 當(dāng)客戶端關(guān)閉與zookeeper連接之后，會刪除當(dāng)前的臨時子節(jié)點，釋放當(dāng)前的鎖，下面的臨時節(jié)點會得到通知，并判斷自己的節(jié)點是否為當(dāng)前最小的，如果是則獲取共享鎖，如果不是則繼續(xù)第4步對比自己小的節(jié)點注冊監(jiān)聽事件

流程如下：

圖7

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