ZooKeeper是一个分布式的应用程序协调服务。
2 ZooKeeper的工作原理
Zookeeper 的核心是原子广播，这个机制保证了各个Server之间的同步。实现这个机制的协议叫做Zab(Zookeeper Atomic Broadcast)协议。Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（recovery选主）和 广播模式（broadcast同步）。当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数Server完成了和leader的状态同步以 后，恢复模式就结束了。状态同步保证了leader和Server具有相同的系统状态。
1、ZooKeeper数据模型：
类似于一个标准的文件系统，具有层次关系的数据结构
每个子目录项如NameService都被称作为znode。
ZNode根据其本身的特性，可以分为下面两类：
Regular ZNode: 常规型ZNode，
Ephemeral ZNode: (ɪ'fem(ə)r(ə)l)（临时的）类型的目录节点不能有子节点目录。
Zookeeper的客户端和服务器通信采用长连接方式，每个客户 端和服务器通过心跳来保持连接，这个连接状态称为session，如果znode是临时节点，这个session失效，znode也就删除了。(3s/一次，200次)。
如果Client因为Timeout和Zookeeper Server失去连接，client处在CONNECTING状态，会自动尝试再去连接Server，如果在session有效期内再次成功连接到某个Server，则回到CONNECTED状态。
2、ZooKeeper Watch：
Zookeeper从设计模式的角度来看，是一个基于观察者设计模式设计的。简单来说就是
Client可以在某个ZNode上设置一个Watcher，来Watch该ZNode上的变化。如果该ZNode上有相应的变化，就会触发这个Watcher，把相应的事件通知给设置Watcher的Client。需要注意的是，ZooKeeper中的Watcher是一次性的，即触发一次就会被取消，如果想继续Watch的话，需要客户端重新设置Watcher。
3、 ZooKeeper特性 ：
读、写(更新)模式：
在ZooKeeper集群中，读可以从任意一个ZooKeeper Server读。写的请求会先Forwarder到Leader，然后由Leader来通过ZooKeeper中的原子广播协议，将请求广播给所有的Follower，Leader收到一半以上的写成功的消息后，就认为该写成功了，就会将该写进行持久化，并告诉客户端写成功了。
FIFO
对于每一个ZooKeeper客户端而言，所有的操作都是遵循FIFO顺序的，这一特性是由下面两个基本特性来保证的：一是ZooKeeper Client与Server之间的网络通信是基于TCP，TCP保证了Client/Server之间传输包的顺序；二是ZooKeeper Server执行客户端请求也是严格按照FIFO顺序的。
为 了保证事务的顺序一致性，zookeeper采用了递增的事务id号（zxid）来标识事务。所有的提议（proposal）都在被提出的时候加上了 zxid。实现中zxid是一个64位的数字，它高32位是 用来标识leader关系是否改变，每次一个leader被选出来，它都会有一个新 的epoch，标识当前属于那个leader的统治时期。低32位用于递增计数。
ZooKeeper典型应用场景
- 名字服务(NameService) ：
每个ZNode都可以由其路径唯一标识，路径本身也比较简洁直观，另外ZNode上还可以存储少量数据，这些都是实现统一的NameService的基础。通过简单的名字，访问对应的服务器集群。
- 配置管理(Configuration Management) ：
一:分布式互斥锁
在传统的应用程序中，线程、进程的同步，都可以通过操作系统提供的机制来完成。但是在分布式系统中，多个进程之间的同步，操作系统层面就无能为力了。
zookeeper中,并没有像JAVA里一样有Synchronized或者是ReentrantLock机制来实现锁机制,但是在zookeeper中,实现起来更简单：我们可以讲将zk的一个数据节点代表一个锁,当多个客户端同时调用create()节点创建节点的时候,zookeeper会保证只会有一个客户端创建成功,那么我们就可以让这个创建成功的客户端让其持有锁,而其它的客户端则注册Watcher监听当持有锁的客户端释放锁后,监听的客户端就会收到Watcher通知,然后再去试图获取锁,这样反复即可。
Zookeeper的三种角色：
1.leader和follower
ZooKeeper需要在所有的服务（可以理解为服务器）中选举出一个Leader，然后让这个Leader来负责管理集群。此时，集群中的其它服务器则 成为此Leader的Follower。并且，当Leader故障的时候，需要ZooKeeper能够快速地在Follower中选举出下一个 Leader。这就是ZooKeeper的Leader机制，下面我们将简单介绍在ZooKeeper中，Leader选举（Leader Election）是如何实现的。
此操作实现的核心思想是：首先创建一个EPHEMERAL目录节点，例如“/election”。然后。每一个ZooKeeper服务器在此目录 下创建一个SEQUENCE|EPHEMERAL类型的节点，例如“/election/n_”。在SEQUENCE标志下，ZooKeeper将自动地 为每一个ZooKeeper服务器分配一个比前一个分配的序号要大的序号。此时创建节点的ZooKeeper服务器中拥有最小序号编号的服务器将成为 Leader。
在实际的操作中，还需要保障：当Leader服务器发生故障的时候，系统能够快速地选出下一个ZooKeeper服务器作为Leader。一个简 单的解决方案是，让所有的follower监视leader所对应的节点。当Leader发生故障时，Leader所对应的临时节点将会自动地被删除，此 操作将会触发所有监视Leader的服务器的watch。这样这些服务器将会收到Leader故障的消息，并进而进行下一次的Leader选举操作。但 是，这种操作将会导致“从众效应”的发生，尤其当集群中服务器众多并且带宽延迟比较大的时候，此种情况更为明显。
在Zookeeper中，为了避免从众效应的发生，它是这样来实现的：每一个follower对follower集群中对应的比自己节点序号小一 号的节点（也就是所有序号比自己小的节点中的序号最大的节点）设置一个watch。只有当follower所设置的watch被触发的时候，它才进行 Leader选举操作，一般情况下它将成为集群中的下一个Leader。很明显，此Leader选举操作的速度是很快的。因为，每一次Leader选举几 乎只涉及单个follower的操作。
2.Observer
observer的行为在大多数情况下与follower完全一致, 但是他们不参加选举和投票, 而仅仅接受(observing)选举和投票的结果.
Zookeeper集群，选举机制
zookeeper选举机制
|
FastLeaderElection算法通过异步的通信方式来收集其它节点的选票，同时在分析选票时又根据投票者的当前状态来作不同的处理，以加快Leader的选举进程。 if (n.epoch > logicalclock) { logicalclock = n.epoch; recvset.clear(); if(totalOrderPredicate(n.leader, n.zxid,getInitId(), getInitLastLoggedZxid())) updateProposal(n.leader, n.zxid); else updateProposal(getInitId(),getInitLastLoggedZxid()); sendNotifications();
|