使用Zookeeper实现负载均衡原理

 

思路

使用Zookeeper实现负载均衡原理，服务器端将启动的服务注册到，zk注册中心上，采用临时节点。客户端从zk节点上获取最新服务节点信息，本地使用负载均衡算法，随机分配服务器。

创建项目工程

Maven依赖

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.101tec</groupId>
            <artifactId>zkclient</artifactId>
            <version>0.8</version>
        </dependency>
    </dependencies>

创建Server服务端

ZkServerScoekt服务

//##ServerScoekt服务端
public class ZkServerScoekt implements Runnable {
    private int port = 18080;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int port = 18080;
        ZkServerScoekt server = new ZkServerScoekt(port);
        Thread thread = new Thread(server);
        thread.start();
    }

    public ZkServerScoekt(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void run() {
        ServerSocket serverSocket = null;
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(port);
            System.out.println("Server start port:" + port);
            Socket socket = null;
            while (true) {
                socket = serverSocket.accept();
                new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (serverSocket != null) {
                    serverSocket.close();
                }
            } catch (Exception e2) {

            }
        }
    }

}

ZkServerClient

public class ZkServerClient {
    public static List<String> listServer = new ArrayList<String>();

    public static void main(String[] args) {
        initServer();
        ZkServerClient     client= new ZkServerClient();
        BufferedReader console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        while (true) {
            String name;
            try {
                name = console.readLine();
                if ("exit".equals(name)) {
                    System.exit(0);
                }
                client.send(name);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // 注册所有server
    public static void initServer() {
        listServer.clear();
        listServer.add("127.0.0.1:18080");
    }

    // 获取当前server信息
    public static String getServer() {
        return listServer.get(0);
    }
    
    public void send(String name) {

        String server = ZkServerClient.getServer();
        String[] cfg = server.split(":");

        Socket socket = null;
        BufferedReader in = null;
        PrintWriter out = null;
        try {
            socket = new Socket(cfg[0], Integer.parseInt(cfg[1]));
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            out.println(name);
            while (true) {
                String resp = in.readLine();
                if (resp == null)
                    break;
                else if (resp.length() > 0) {
                    System.out.println("Receive : " + resp);
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (out != null) {
                out.close();
            }
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

ServerHandler

public class ServerHandler implements Runnable {
    private Socket socket;

    public ServerHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        BufferedReader in = null;
        PrintWriter out = null;
        try {
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
            out = new PrintWriter(this.socket.getOutputStream(), true);
            String body = null;
            while (true) {
                body = in.readLine();
                if (body == null)
                    break;
                System.out.println("Receive : " + body);
                out.println("Hello, " + body);
            }

        } catch (Exception e) {
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
            }
            if (out != null) {
                out.close();
            }
            if (this.socket != null) {
                try {
                    this.socket.close();
                } catch (IOException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
                this.socket = null;
            }
        }
    }
}

改造ZkServerScoekt

public class ZkServerScoekt implements Runnable {
    private static int port = 18081;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ZkServerScoekt server = new ZkServerScoekt(port);
        Thread thread = new Thread(server);
        thread.start();
    }

    public ZkServerScoekt(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void regServer() {
        // 向ZooKeeper注册当前服务器
        ZkClient client = new ZkClient("127.0.0.1:2181", 60000, 1000);
        String path = "/test/server" + port;
        if (client.exists(path))
            client.delete(path);
        client.createEphemeral(path, "127.0.0.1:" + port);
    }

    public void run() {
        ServerSocket serverSocket = null;
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(port);
            regServer();
            System.out.println("Server start port:" + port);
            Socket socket = null;
            while (true) {
                socket = serverSocket.accept();
                new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (serverSocket != null) {
                    serverSocket.close();
                }
            } catch (Exception e2) {

            }
        }
    }

}

改造ZkServerClientScoekt

public class ZkServerClient {
    public static List<String> listServer = new ArrayList<String>();

    public static void main(String[] args) {
        initServer();
        ZkServerClient client = new ZkServerClient();
        BufferedReader console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        while (true) {
            String name;
            try {
                name = console.readLine();
                if ("exit".equals(name)) {
                    System.exit(0);
                }
                client.send(name);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // 注册所有server
    public static void initServer() {
        String path = "/test";
        final ZkClient zkClient = new ZkClient("127.0.0.1:2181", 6000, 1000);
        List<String> children = zkClient.getChildren(path);
        for (String ipServer : children) {
            listServer.add((String) zkClient.readData(path + "/" + ipServer));
        }
        System.out.println("####从注册中心获取服务信息####listServer:" + listServer.toString());
        // 监听事件
        zkClient.subscribeChildChanges(path, new IZkChildListener() {

            public void handleChildChange(String parentPath, List<String> currentChilds) throws Exception {
                listServer.clear();
                for (String ctPath : currentChilds) {
                    listServer.add(zkClient.readData(parentPath) + "/" + ctPath);
                }
                System.out.println("####节点事件监听发生变化### listServer:" + listServer.toString());

            }
        });
        // listServer.clear();
        // listServer.add("127.0.0.1:8080");
    }

    private static int reqestCount = 1;

    // 获取当前server信息
    public static String getServer() {
        int serverCount = listServer.size();
        String serverHost = listServer.get(reqestCount / serverCount);
        reqestCount++;
        return serverHost;
    }

    public void send(String name) {

        String server = ZkServerClient.getServer();
        String[] cfg = server.split(":");

        Socket socket = null;
        BufferedReader in = null;
        PrintWriter out = null;
        try {
            socket = new Socket(cfg[0], Integer.parseInt(cfg[1]));
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            out.println(name);
            while (true) {
                String resp = in.readLine();
                if (resp == null)
                    break;
                else if (resp.length() > 0) {
                    System.out.println("Receive : " + resp);
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (out != null) {
                out.close();
            }
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
} 

使用Zookeeper实现选举策略

场景

  有一个向外提供的服务，服务必须7*24小时提供服务，不能有单点故障。所以采用集群的方式，采用master、slave的结构。一台主机多台备机。主机向外提供服务，备机负责监听主机的状态，一旦主机宕机，备机要迅速接代主机继续向外提供服务。从备机选择一台作为主机，就是master选举。

原理分析

 右边三台主机会尝试创建master节点，谁创建成功了，就是master，向外提供。其他两台就是slave。

所有slave必须关注master的删除事件（临时节点，如果服务器宕机了，Zookeeper会自动把master节点删除）。如果master宕机了，会进行新一轮的master选举。本次我们主要关注master选举，服务注册、发现先不讨论。

使用Zookeeper原理

» 领导者（leader），负责进行投票的发起和决议，更新系统状态
　　» 学习者（learner），包括跟随者（follower）和观察者（observer），follower用于接受客户端请求并想客户端返回结果，在选主过程中参与投票
　　» Observer可以接受客户端连接，将写请求转发给leader，但observer不参加投票过程，只同步leader的状态，observer的目的是为了扩展系统，提高读取速度
　　» 客户端（client），请求发起方

• 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协
　　   议。Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（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。

　　• 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epoch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。
　　• 每个Server在工作过程中有三种状态：
　　　　LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻
　　　　LEADING：当前Server即为选举出来的leader
　　　　FOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步