Apache ZooKeeper - ZK的内存数据 + 持久化事务日志 + 数据快照初探

内存数据

Zookeeper数据的组织形式为一个类似文件系统的数据结构，而这些数据都是存储在内存中的，可以认为 Zookeeper是一个基于内存的小型数据库 .

源码实现

看看源码是如何存储的

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public class DataTree {
    private final ConcurrentHashMap<String, DataNode> nodes =
        new ConcurrentHashMap<String, DataNode>();
        
        
    private final WatchManager dataWatches = new WatchManager();
    private final WatchManager childWatches = new WatchManager();

DataNode 是Zookeeper存储节点数据的最小单位

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public class DataNode implements Record {
    byte data[];
    Long acl;
    public StatPersisted stat;
    private Set<String> children = null;
    .....
    }

事务日志

针对每一次客户端的事务操作，Zookeeper都会将他们记录到事务日志中，当然，Zookeeper也会将数据变更应用到内存数据库中。

配置项

在zookeeper的主配置文件zoo.cfg 中配置内存中的数据持久化目录 dataLogDir 用于存储事务日志.

如果没有配置dataLogDir（非必填）, 事务日志将存储到dataDir （必填项）目录.

当然了，不推荐放到/tmp目录下，我这里暂时未调整。

查看事务日志数据 LogFormatter

zookeeper提供了格式化工具可以进行数据查看事务日志数据 : org.apache.zookeeper.server.LogFormatter

执行java -cp

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[root@localhost lib]# java -cp  slf4j-api-1.7.25.jar:zookeeper-3.5.8.jar:zookeeper-jute-3.5.8.jar org.apache.zookeeper.server.LogFormatter  /tmp/zookeeper/version-2/log.1

会看到操作日志

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SLF4J: Failed to load class "org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder".
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#StaticLoggerBinder for further details.
ZooKeeper Transactional Log File with dbid 0 txnlog format version 2
11/15/20 11:43:05 PM CST session 0x100018c4d000000 cxid 0x0 zxid 0x1 createSession 30000

11/16/20 12:01:48 AM CST session 0x100018c4d000000 cxid 0x7 zxid 0x2 closeSession null
11/16/20 12:13:32 AM CST session 0x100018c4d000001 cxid 0x0 zxid 0x3 createSession 30000
 ................... 


11/16/20 11:08:55 PM CST session 0x100018c4d000003 cxid 0x9 zxid 0xb setData '/artisan-persist,#646174615f7878785f6e6577,1

11/16/20 11:20:56 PM CST session 0x100018c4d000003 cxid 0x14 zxid 0xc create '/artisan_seq0000000002,,v{s{31,s{'world,'anyone}}},F,3

11/16/20 11:21:00 PM CST session 0x100018c4d000003 cxid 0x15 zxid 0xd create '/artisan_seq0000000003,,v{s{31,s{'world,'anyone}}},F,4

 ....
...............
11/18/20 7:23:56 PM CST session 0x100018c4d000013 cxid 0x47 zxid 0x66 create '/artisan_node,#6172746973616e5f76616c7565,v{s{31,s{'digest,'artisan:Xe7 HMYId2eNV48821ZrcFwIqIE=}}},F,26

11/18/20 7:42:40 PM CST session 0x100018c4d000013 cxid 0x4a zxid 0x67 create '/artisanNNN,#6e6f646556616c7565,v{s{31,s{'digest,'artisan:Xe7 HMYId2eNV48821ZrcFwIqIE=}},s{31,s{'digest,'aaa:10XRRJA48HZz23x1IeCQfJcCEbE=}}},F,27

11/18/20 9:07:56 PM CST session 0x100018c4d000013 cxid 0x0 zxid 0x68 closeSession null
EOF reached after 104 txns.

从左到右分别记录了操作时间，客户端会话ID，CXID,ZXID,操作类型，节点路径，节点数据（用# ascii 码表示），节点版本。

写入日志的优化（预分配）

Zookeeper进行事务日志文件操作的时候会频繁进行磁盘IO操作，事务日志的不断追加写操作会触发底层磁盘IO为文件开辟新的磁盘块，即磁盘Seek

因此，为了提升磁盘IO的效率，Zookeeper在创建事务日志文件的时候就进行文件空间的预分配- 即在创建文件的时候，就向操作系统申请一块大一点的磁盘块。这个预分配的磁盘大小可以通过系统参数 zookeeper.preAllocSize 进行配置。

事务日志文件名为： log.<当时最大事务ID>，应为日志文件时顺序写入的，所以这个最大事务ID也将是整个事务日志文件中，最小的事务ID，日志满了即进行下一次事务日志文件的创建

数据快照

数据快照用于记录Zookeeper服务器上某一时刻的全量数据，并将其写入到指定的磁盘文件中。

可以通过配置snapCount配置每间隔事务请求个数，生成快照，数据存储在dataDir 指定的目录中，

可以通过如下方式进行查看快照数据（为了避免集群中所有机器在同一时间进行快照，实际的快照生成时机为事务数达到 [snapCount/2 随机数(随机数范围为1 ~ snapCount/2 )] 个数时开始快照）

查看数据快照数据 SnapshotFormatter

进入到 lib目录下

执行 java -cp slf4j-api-1.7.25.jar:zookeeper-3.5.8.jar:zookeeper-jute-3.5.8.jar org.apache.zookeeper.server.SnapshotFormatter /tmp/zookeeper/version-2/snapshot.0

代码语言：javascript复制

[root@localhost lib]# java -cp slf4j-api-1.7.25.jar:zookeeper-3.5.8.jar:zookeeper-jute-3.5.8.jar org.apache.zookeeper.server.SnapshotFormatter  /tmp/zookeeper/version-2/snapshot.0 
SLF4J: Failed to load class "org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder".
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#StaticLoggerBinder for further details.
ZNode Details (count=5):
----
/
  cZxid = 0x00000000000000
  ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  mZxid = 0x00000000000000
  mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  pZxid = 0x00000000000000
  cversion = 0
  dataVersion = 0
  aclVersion = 0
  ephemeralOwner = 0x00000000000000
  dataLength = 0
----
/zookeeper
  cZxid = 0x00000000000000
  ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  mZxid = 0x00000000000000
  mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  pZxid = 0x00000000000000
  cversion = 0
  dataVersion = 0
  aclVersion = 0
  ephemeralOwner = 0x00000000000000
  dataLength = 0
----
/zookeeper/config
  cZxid = 0x00000000000000
  ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  mZxid = 0x00000000000000
  mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  pZxid = 0x00000000000000
  cversion = 0
  dataVersion = 0
  aclVersion = -1
  ephemeralOwner = 0x00000000000000
  dataLength = 0
----
/zookeeper/quota
  cZxid = 0x00000000000000
  ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  mZxid = 0x00000000000000
  mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
  pZxid = 0x00000000000000
  cversion = 0
  dataVersion = 0
  aclVersion = 0
  ephemeralOwner = 0x00000000000000
  dataLength = 0
----
Session Details (sid, timeout, ephemeralCount):
[root@localhost lib]#

快照事务日志文件名为： snapshot.<当时最大事务ID>，日志满了即进行下一次事务日志文件的创建