Zookeeper理解

1 Zookeeper介紹

        Zookeeper是一個開源分布式應(yīng)用協(xié)調(diào)服務(wù)。

簡單來說，zookeeper = 通知機(jī)制 + 文件系統(tǒng)

 zookeeper 為什么是奇數(shù)    

        zookeeper有這樣一個特性：集群中只要有過半的機(jī)器是正常工作的，那么整個集群對外就是可用的。也就是說如果有2個zookeeper，那么只要有1個死了zookeeper就不能用了，因?yàn)?沒有過半，所以2個zookeeper的死亡容忍度為0；同理，要是有3個zookeeper，一個死了，還剩下2個正常的，過半了，所以3個zookeeper的容忍度為1。

1.1 主要角色

來自服務(wù)器端的

>> 領(lǐng)導(dǎo)者（leader），負(fù)責(zé)進(jìn)行投票的發(fā)起和決議，更新系統(tǒng)狀態(tài)（數(shù)據(jù)同步），發(fā)送心跳。

>> 學(xué)習(xí)者（learner），包括跟隨者（follower）和觀察者（observer）。

   >> 跟隨者（follower），用于接受客戶端請求、向客戶端返回結(jié)果，在選主過程中參與投票。

     >> 觀察者（Observer），可以接受客戶端請求，將寫請求轉(zhuǎn)發(fā)給leader，但observer不參加投票過程，只同步leader的狀態(tài)，observer的目的是為了擴(kuò)展系統(tǒng)，提高讀取速度。

1）leader失效后會在follower中重新選舉新的leader

2）每個follower都和leader有連接，接受leader的數(shù)據(jù)更新操作

3）客戶端可以連接到每個server，每個server的數(shù)據(jù)完全相同

4）每個節(jié)點(diǎn)的服務(wù)Server，記錄事務(wù)日志和快照到持久存儲

1.2 工作原理

        Zookeeper的核心是原子廣播，這個機(jī)制保證了各個Server之間的同步。實(shí)現(xiàn)這個機(jī)制的協(xié)議叫做Zab協(xié)議。

        Zab協(xié)議有兩種模式，它們分別是恢復(fù)模式（選主）和廣播模式（同步）。當(dāng)服務(wù)啟動或者在領(lǐng)導(dǎo)者崩潰后，Zab就進(jìn)入了恢復(fù)模式，恢復(fù)模式不接受客戶端請求，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者被選舉出來，且大多數(shù)Server完成了和leader的狀態(tài)同步以后，恢復(fù)模式就結(jié)束了。狀態(tài)同步保證了leader和Server具有相同的系統(tǒng)狀態(tài)。

1.2.1 Zookeeper節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)操作流程

1）寫操作

發(fā)起提案 proposal

quorum 法定人數(shù)

1）在Client向Follwer 或 Observer 發(fā)出一個寫的請求；

2）Follwer 或 Observer 把請求發(fā)送給Leader；

3）Leader接收到以后向所有follower發(fā)起提案；

4）Follwer收到提案后執(zhí)行寫操作，然后把操作結(jié)果發(fā)送給Leader；

5）當(dāng)多數(shù)follower返回提案結(jié)果后，leader會commit該提議，通知其他Follower 和 Observer 同步信息；

6）Follwer 或Observer把請求結(jié)果返回給Client。

2）讀操作

1）在Client向Follwer 或 Observer 發(fā)出一個讀的請求；

2）Follwer 或 Observer 把請求結(jié)果返回給Client；

1.3 數(shù)據(jù)模型

1）ZooKeeper本質(zhì)上是一個分布式的小文件存儲系統(tǒng)；

2）Zookeeper表現(xiàn)為一個分層的文件系統(tǒng)目錄樹結(jié)構(gòu)（不同于文件系統(tǒng)的是，節(jié)點(diǎn)可以有自己的數(shù)據(jù)，而文件系統(tǒng)中的目錄節(jié)點(diǎn)只有子節(jié)點(diǎn)），每個節(jié)點(diǎn)可以存少量的數(shù)據(jù)。

3）每個節(jié)點(diǎn)稱做一個ZNode。每個ZNode都可以通過其路徑唯一標(biāo)識。

4）圓形節(jié)點(diǎn)可以含有子節(jié)點(diǎn)，多邊形節(jié)點(diǎn)不能含有子節(jié)點(diǎn)。一個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個應(yīng)用，節(jié)點(diǎn)存儲的數(shù)據(jù)就是應(yīng)用需要的信息，比如HA狀態(tài)active、standby。

1.4 主要特點(diǎn)

最終一致性：client不論連接到哪個Server，展示給它都是同一個視圖，這是zookeeper最重要的特性；

可靠性：具有簡單、健壯、良好的性能，如果消息被某一臺服務(wù)器接受，那么它將被所有的服務(wù)器接受；

實(shí)時性：Zookeeper保證客戶端將在一個時間間隔范圍內(nèi)獲得服務(wù)器的更新信息，或者服務(wù)器失效的信息。 但由于網(wǎng)絡(luò)延時等原因，Zookeeper不能保證兩個客戶端能同時得到剛更新的數(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；

等待無關(guān)(wait-free)：慢的或者失效的client，不得干預(yù)快速的client的請求，使得每個client都能有效的等待；

原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態(tài)；

順序性：按照客戶端發(fā)送請求的順序更新數(shù)據(jù)；

1.5 應(yīng)用場景

數(shù)據(jù)發(fā)布與訂閱

    應(yīng)用配置集中到節(jié)點(diǎn)上，應(yīng)用啟動時主動獲取，并在節(jié)點(diǎn)上注冊一個watcher，每次配置更新都會通知到應(yīng)用。

發(fā)布訂閱模式

命名空間服務(wù)

    分布式命名服務(wù)，創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)的路徑就是全局唯一的，可以作為全局名稱使用。

分布式通知/協(xié)調(diào)

    不同的系統(tǒng)都監(jiān)聽同一個節(jié)點(diǎn)，一旦有了更新，另一個系統(tǒng)能夠收到通知。

分布式鎖

    Zookeeper能保證數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性，用戶任何時候都可以相信集群中每個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是相同的。一個用戶創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)作為鎖，另一個用戶檢測該節(jié)點(diǎn)，如果存在，代表別的用戶已經(jīng)鎖住，如果不存在，則可以創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)，代表擁有一個鎖。

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集群管理

    每個加入集群的機(jī)器都創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)，寫入自己的狀態(tài)。監(jiān)控父節(jié)點(diǎn)的用戶會收到通知，進(jìn)行相應(yīng)的處理。離開時刪除節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控父節(jié)點(diǎn)的用戶同樣會收到通知。