一、Zookeeper简明笔记

目录

• 1、Zookeeper概述
  • 1.1 Zookeeper工作机制
  • 1.2 Zookeeper特点
  • 1.3 Zookeeper数据结构
  • 1.4 应用场景
• 2、Zookeeper安装
  • 2.1 本地模式安装
  • 2.2 分布式部署
• 3、客户端命令行操作
• 4、Zookeeper内部原理
  • 4.1 Zookeeper选举机制
  • 4.2 节点类型
  • 4.3 Stat结构体
  • 4.4 监听器原理
  • 4.5 写数据流程
• 5、API应用
  • 5.1 环境搭建
  • 5.2 创建ZooKeeper客户端
  • 5.3 创建子节点
  • 5.4 获取子节点并监听节点变化
  • 5.5 判断Znode是否存在
• 6、案例
  • 6.1 Server端
  • 6.2 Client端

1、Zookeeper概述

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

1.1 Zookeeper工作机制

1.2 Zookeeper特点

1. Zookeeper：一个领导者（Leader），多个更随者（Follower）组成的集群
2. 集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务
3. 全局数据一致：每个Server保存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. 更新请求顺序执行，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：一次数据更新要么成功，要么失败
6. 实时性：在一定时间范围内，Client能读到最新数据

1.3 Zookeeper数据结构

Zookeeper数据模型的结构为树形结构，每个节点被称为一个ZNode，每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

1.4 应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等

• 统一命名服务

  在分布式环境下，对应用/服务进行统一命名，便于识记

• 统一配置管理

  

  • 在分布式环境下，配置文件同步
    1. 保证集群中，所有节点的配置信息是一致的
    2. 对配置文件修改后，能够快速同步至各个节点
  • 实现配置管理
    1. 将配置信息写入Zookeeper上的一个Znode
    2. 各个客户端服务器监听这个Znode
    3. 一旦Znode中的数据被修改，Zookeeper将通知各个客户端服务器

• 统一集群管理

  Zookeeper可以实现实时监控节点状态变化

  1. 将节点信息写入Zookeeper上的一个Znode
  2. 监听这个Znode可获取它的实时状态变化

• 服务器动态上下线

  

• 负载均衡

  在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。

2、Zookeeper安装

2.1 本地模式安装

1. 将从官网下载的文件，拷贝解压到软件安装目录/opt/software

2. 修改配置

   • 将/opt/software/zookeeper-3.4.10/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg

     cd $ZOOKEEPER_HOME/conf;cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
     

   • 打开zoo.cfg文件，修改dataDir路径为：dataDir=/opt/software/zookeeper-3.4.10/zkData

   • 在/opt/software/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹

     cd $ZOOKEEPER_HOME;mkdir zkData
     

3. 操作Zookeeper

   1. 启动Zookeeper

      zkServer.sh start
      

   2. 查看进程是否启动

      jps
      

      

   3. 查看状态

      zkServer.sh status
      

      

   4. 启动客户端

      zkCli.sh
      

   5. 退出客户端

      quit
      

   6. 停止Zookeeper

      zkServer.sh stop
      

4. 配置参数解读

   

   Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下：

   • tickTIme=2000

     通信心跳数，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒

   • initLimit=10

     LF初始通信时限，集群中的Follower（跟随者服务器）与Leader（领导者服务器）之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime*initLimit=20s），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限

   • syncLimit=5

     LF同步通信时限，集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，当响应时间超过syncLimit*tickTime，Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer

   • dataDir

     数据文件目录+数据持久化路径，只要用于保存Zookeeper中的数据

   • clientPort=2181

     客户端连接端口，监听客户端连接的端口

2.2 分布式部署

1. 集群规划

   在pc001,pc002,pc003三个节点上部署Zookeeper

2. 将从官网下载的文件，拷贝解压到软件安装目录/opt/software

3. 配置服务器编号

   1. 在/opt/software/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData目录

   2. 在/opt/software/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件，并写入值

      

      server对应的编号为1

   3. 依次修改其他节点myid信息

4. 配置zoo.cfg文件

   • 修改存储路径为dataDir=/opt/software/zookeeper-3.4.10/zkData

   • 增加集群节点信息

     server.1=pc001:2888:3888
     server.2=pc002:2888:3888
     server.3=pc003:2888:3888
     

   • 配置参数解读

     server.A=B:C:D
     

     • A

       在集群模式下dataDir目录中，配置的文件myid，其里面的值就是A的值。

       Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。

     • B

       这个服务器的IP地址

     • C

       这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口

     • D

       当集群中的Leader服务器挂掉后，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，所以这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口

5. 集群操作

   1. 分别启动Zookeeper

      ssh pc001 "zkServer.sh start";ssh pc002 "zkServer.sh start";ssh pc003 "zkServer.sh start"
      

   2. 查看状态

      ssh pc001 "zkServer.sh status";ssh pc002 "zkServer.sh status";ssh pc003 "zkServer.sh status"
      

      

3、客户端命令行操作

命令基本语法	功能描述
help	显示所有操作命令
ls path [watch]	使用 ls 命令来查看当前znode中所包含的内容，watch表示监听，但只生效一次
ls2 path [watch]	查看当前节点数据并能看到更新次数等数据
create	普通创建 -s 含有序列 如果原来没有序号节点，该序列从0开始，如果原节点下已有2个节点，则再排序时从2开始，自动延续 -e 临时（重启或者超时消失）
get path [watch]	获得节点的值
set	设置节点的具体值
stat	查看节点状态
delete	删除节点
rmr	递归删除节点

4、Zookeeper内部原理

4.1 Zookeeper选举机制

1. 半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。

2. Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave。但是，Zookeeper工作时，是有一个节点为Leader，其他则为Follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的

3. 选举的过程

   

   假设有五台服务器组成的Zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么：

   1. 服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报文没有任何响应，所以它的选举状态一直是LOOKING状态
   2. 服务器2启动，它与最开始启动的服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果，由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出，但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3)，所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态
   3. 服务器3启动，根据前面的理论分析，服务器3成为服务器1、2、3中的老大，而与上面不同的是，此时有三台服务器选举了它，所以它成为了这次选举的Leader
   4. 服务器4启动，根据前面的分析，理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的，但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3，所以它只能充当Follower
   5. 服务器5启动，情况通服务器4一样

4.2 节点类型

4.3 Stat结构体

名称	作用
cZxid	创建节点的事务zxid，每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是ZooKeeper事务ID。事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生
ctime	znode被创建的毫秒数(从1970年开始)
mZxid	znode最后更新的事务zxid
mtime	znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)
pZxid	znode最后更新的子节点zxid
cversion	znode子节点变化号，znode子节点修改次数
dataVersion	znode数据变化号
aclVersion	znode访问控制列表的变化号
ephemeralOwner	如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0。
dataLength	znode的数据长度
numChildren	znode子节点数量

4.4 监听器原理

4.5 写数据流程

5、API应用

5.1 环境搭建

• 添加依赖

          <dependency>
              <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
              <artifactId>zookeeper</artifactId>
              <version>3.4.10</version>
          </dependency>
  

5.2 创建ZooKeeper客户端

package Zookeeper;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;

public class TestZookeeper {
    private String connectString = "pc001:2182,pc002:2182,pc003:2182";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkClient;

    @Test
    public void init() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {

            }
        });

    }
}

5.3 创建子节点

package Zookeeper;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class TestZookeeper {
    private String connectString = "pc001:2181,pc002:2181,pc003:2181";
    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) {

            }
        });

    }

    @Test
    public void createNode() throws Exception{
        String path = zkClient.create("/aaa",
                "hello zookeeper".getBytes(),
                ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
                CreateMode.PERSISTENT);
        System.out.println(path);
    }
}

5.4 获取子节点并监听节点变化

package Zookeeper;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;

public class TestZookeeper {
    private String connectString = "pc001:2181,pc002:2181,pc003:2181";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkClient;

    @Before
    public void init() throws Exception{
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
                List<String> children = null;
                try {
                    System.out.println("--------------------");
                    children = zkClient.getChildren("/", true); // 获取子节点，并监听子节点变化
                    for (String child : children) {
                        System.out.println(child);
                    }
                    System.out.println("--------------------");

                } catch (KeeperException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        });

    }

    @Test
    public void getDataAndWatch() throws Exception{
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);  // 阻塞，防止退出
    }
}

5.5 判断Znode是否存在

package Zookeeper;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;

public class TestZookeeper {
    private String connectString = "pc001:2181,pc002:2181,pc003:2181";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkClient;

    @Before
    public void init() throws Exception{
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {

            }
        });

    }

    @Test
    public void isExists() throws Exception{
        Stat stat = zkClient.exists("/nuochengze", false);
        System.out.println(stat==null?"不存在":"存在");
    }
}

6、案例

监听服务器节点动态上下线案例

6.1 Server端

package Zookeeper.Example;

import org.apache.zookeeper.*;

import java.io.IOException;

public class DistributeServer {

    private String connectString = "pc001:2181,pc002:2181,pc003:2181";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkServer;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {

        DistributeServer server = new DistributeServer();
        // 1.连接Zookeeper集群
        server.getConnect();

        // 2.注册节点
        String serverPath = "/servers/server";
        String hostName = args[0];
        server.register(serverPath,hostName);

        // 3.处理业务逻辑
        server.controller();
    }

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

    private void register(String serverPath, String hostName) throws InterruptedException, KeeperException {
        String nodePath = zkServer.create(serverPath,
                hostName.getBytes(),
                ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
                CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        System.out.println(hostName + " is online! : "+nodePath);
    }

    public void getConnect() throws IOException {
        zkServer = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {

            }
        });
    }

}

6.2 Client端

package Zookeeper.Example;

import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class DistributeClient {
    private String connectString = "pc001:2181,pc002:2182,pc003:2183";
    private int sessionTimeout = 20000;
    private ZooKeeper zkClient;
    private static String listenPath = "/servers";

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
        DistributeClient client = new DistributeClient();
        // 1.连接集群
        client.getConnect();
        // 2.注册监听
        client.registListen(listenPath);
        // 3.业务逻辑
        client.controller();
    }

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

    private void registListen(String listenPath) throws InterruptedException, KeeperException {
        ArrayList<String> hosts = new ArrayList<String>();
        List<String> children = zkClient.getChildren(listenPath, true);
        for (String child : children) {
            byte[] data = zkClient.getData(listenPath + "/" + child, false, null);
            hosts.add(new String(data));
        }
        System.out.println("现存的服务器：" + hosts);
    }

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