zookeeper

Zookeeper

• 一、概述
• 二、安装配置
• 三、内部原理
• 四、实例
  • 1. 命令行操作
  • 2. API应用
• 五、问题

一、概述

文件系统 通知机制

1. 介绍 Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。 Zookeeper=文件系统 通知机制。基于观察者模式的分布式服务管理框架，负责存储和管理共同数据，接受观察者的注册，数据变化会通知注册的观察者。
2. 特点 （1）一个Leader，多个Follower组成的集群； （2）集群中只要有半数以上节点存活，ZK集群就能正常服务； （3）全局数据一致：每个Server保存同一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server，数据都是一致的； （4）更新请求顺序进行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行； （5）数据更新原子性，事物特点； （6）实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。
3. 数据结构 ZK数据模型的结构与Unix文件系统类似，整体上可看成一棵树（从/开始），每个节点称作ZNode，每个ZNode默认存储1MB数据，可通过其路径唯一标识。
4. 应用场景 提供的服务（分布式环境）：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理（实时监控节点状态变化）、服务器节点动态上下线、软负载均衡（记录服务器访问数）等。

二、安装配置

将conf/目录下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg，修改dataDir路径为zkData。在zkData目录下创建myid文件，输入唯一的int型集群编号。

1. 命令

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bin/zkServer.sh start
bin/zkServer.sh status  # 集群模式必须启动半数以上才能看到状态
bin/zkServer.sh stop

bin/zkCli.sh
quit

jps

1. 配置参数

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tickTime：心跳（ms）
initLimit：Leader和Follower在集群启动时之间通信时间（initLimit * tickTime）
syncLimit：Leader和Follower在集群启动后的通信（syncLimit * tickTime）
dataDir：数据存放目录
clientPort

# 集群模式在末尾添加如下。
# A表示第几号服务器；B表示该服务器的ip地址；C表示该服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；D表示用来重新选举的端口。
server.${A}=${B}:${C}:${D}

三、内部原理

1. 选举机制（*） （1）半数机制 集群中半数以上的机器存活，集群可用。

（2）选举机制 服务器都只投给自己，服务器编号大的优胜（权重大），已有Leader之后的大编号机器不能占用Leader位置。

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Serverid：服务器ID

Zxid：数据ID，服务器中存放的最大数据ID

Epoch：逻辑时钟，或投票的次数，每次投完增加。

Server选举状态：
LOOKING，竞选；
FOLLOWING，随从状态，同步Leader，参与投票；
OBSERVING，观察状态，同步Leader，不参与投票；
LEADING，领导者状态。

1. 节点类型 持久（Persisitent）：CS断连后，创建的节点不删除； Persisitent_sequential：创建ZNode时设置顺序标识，在分布式系统中，顺序号可用于全局排序，推断事件顺序。

短暂（Ephemeral）：CS断连后，创建的节点自行删除；节点下线。 Ephemeral_sequential。

1. Stat结构体 （1）czxid 创建节点的事务zxid，每次修改ZK状态都会收到一个zxid形式的时间戳，即ZK事务ID，用于排序。

（2）ctime znode被创建的毫秒数，从1970年开始。

（3）mzxid znode最后更新的事务zxid。

（4）mtime znode最后修改的毫秒数，从1970年开始。

（5）pZxid znode最后更新的子节点zxid。

（6）cversion znode子节点变化号，znode子节点修改的次数。

（7）dataversion znode数据变化号。

（8）acIVersion 访问控制列表的变化号。

（9）ephemeralOwner 如果是临时节点，该znode拥有着的session id；非临时节点，值为0。

（10）dataLength znode的数据长度。

（11）numChildren znode子节点数量。

1. 监听器原理（*） 客户端与ZK服务器监听的过程如下：process()方法为用户业务层代码。

1. 写数据流程 结合半数机制。

四、实例

1. 命令行操作

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# 启动客户端后
bin/zkCli.sh

help
ls /   # 查看当前结点所包含的内容
ls2 /  # 查看当前结点详细数据

# 创建节点，但必须要写入数据才会注册
create /node01 "message..."
create /node01/cnode01 "node01 cnode01 message..."
# 查看相应目录下的内容
get /node01

# 创建短暂节点，CS断连即删除
create -e /node01/cnode02 "node01 cnode02 message..."
# 创建带有序号的节点，显示创建/node01/cnode03 node03 cnode03 message...0000000001
create -s /node01/cnode03 "node01 cnode03 message..."
# 修改节点数据值
set /node01/cnode01 "node01 cnode01 new message..."

# 节点的值变化的监听
get /node01/cnode01 watch
# 节点的子节点变化的监听
ls /node01 watch

# 删除和递归删除
delete /node01/cnode01 
rmr /node01

# 查看节点状态
stat /node01

2. API应用

（1）常用API

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    <!--zookeeper-->
    <dependency>
      <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
      <artifactId>log4j-core</artifactId>
      <version>${log4j.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
      <artifactId>zookeeper</artifactId>
      <version>${zookeeper.version}</version>
    </dependency>

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public class TestZookeeper {
    private String connectString = "192.168.73.128:2181";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkClient;

    @Before
    public void init() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
                // 持续监听动作
                WatchNode();
            }
        });
    }


    /**
     * 1.创建节点
     * 查看防火墙状态：systemctl status firewalld.service
     * 临时关闭防火墙：systemctl stop firewalld.service
     * 彻底关闭防火墙：systemctl disable firewalld.service
     */
    @Test
    public void createNode() throws KeeperException, InterruptedException {
        String path = zkClient.create("/node01", "12".getBytes(),
                ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
        System.out.println(path);
    }


    /**
     * 2.获取子节点，并监控节点的变化
     */
    @Test
    public void getDataAndWatch() throws InterruptedException {
        System.out.println("start watch Node change...");

        // 配合init()中的process函数，监听1min
        Thread.sleep(1000*60);
        System.out.println("stop watch Node change.");
    }

    private void WatchNode(){
        List<String> children;
        try {
            children = zkClient.getChildren("/", true);
            System.out.println("--------start--------");
            for (String child : children) {
                System.out.println(child);
            }
            System.out.println("---------end---------");
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /**
     * 3.判断节点是否存在
     */
    @Test
    public void exist() throws KeeperException, InterruptedException {
        Stat exists = zkClient.exists("/node01", false);
        System.out.println(exists == null ? "not exist!" : "exist.");
    }

    /**
     * 4.客户端能实时洞察到服务器上下线的变化
     */
}

（2）服务器动态上下线案例 服务器和客户端对ZK集群来说均是客户端。 理解：创建节点是暂时的带序号的类型（ephemeral_sequence），因为下线就要删除注册信息（主机名称，通过参数传递），序号要递增。

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public class DistributeClient {
    private ZooKeeper zkClient;
    private String connectString = "192.168.73.128:2181";
    private int sessionTimeout = 2000;

    public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
        DistributeClient client = new DistributeClient();

        // 1.连接zk集群
        client.getConnect();

        // 2.注册节点
        server.register(args[0]);
        // 2*.注册监听
        client.getChildren();

        // 3.业务逻辑处理
        client.business();
    }

    private void business() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

    private void getChildren() throws KeeperException, InterruptedException {
        List<String> children = zkClient.getChildren("/servers", true);

        ArrayList<String> host = new ArrayList<>();
        for (String child : children) {
            byte[] data = zkClient.getData("/servers"   child, false, null);
            host.add(new String(data));
        }
        System.out.println(host);
    }

	private void register(String homename) throws KeeperException, InterruptedException {
        String path = zkClient.create("/servers/server", homename.getBytes(),
                ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        System.out.println(homename   "is online.");
    }

    private void getConnect() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
                try {
                    getChildren();
                } catch (KeeperException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
}

五、问题

1. 简述zookeeper的选举机制？ 选举机制
2. zookeeper的监听原理？ main()线程中创建ZooKeeper的对象，接着创建两个线程，connect负责与ZK Server的通信，将注册的监听事件发送给ZK，加入到注册监听器列表，ZK监听到有数据或路径变化时，将消息通过Listener线程通知ZooKeeper对象，并执行操作。
3. zookeeper的部署方式有哪些？集群中的角色有哪些？集群最少需要几台机器？ （单机模式、集群模式；Leader和Follower；3台）
4. zookeeper的常用命令？

api zookeeper server zk zoo

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