Zookeeper

zookeeper是什么

• 是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统
• 提供的功能包括：配置维护、名字服务、分布式同步、组服务等；
• 目标就是封装好复杂易出错的关键服务，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户；

Zookeeper特点

• 最终一致性：为客户端展示同一视图，这是zookeeper最重要的功能
• 可靠性：如果消息被一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受
• 实时性： Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口。
• 等待无关（ wait-free）：慢的或者失效的client不干预快速的client的请求。
• 原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态。
• 顺序性：所有Server，同一消息发布顺序一致。

Zookeeper架构

• 每个Server在内存中存储了一份数据；
• Zookeeper启动时，将从实例中选举一个leader（ Paxos协议）；
• Leader负责处理数据更新等操作（ Zab协议）；
• 一个更新操作成功，当且仅当大多数Server在内存中成功修改数据

Zookeeper角色

1. 领导者（Leader）：领导者负责投票的发起和决议,更新系统状态
2. 学习者（learner）：
   跟随者（follwer）：用于接收客户请求并向客户端返回结果,在选主过程中参与投票
   观察者（observer）：可以接收客户端连接,将写请求转发给leader节点,但不参与投票过程,只同步Leader的状态，observer的目的是为了扩展系统,提高读取速度
3. 客户端(client)：请求发起方
   
   
   
   
   

Zookeeper Server数目一般为奇数

Leader选举算法采用了Paxos协议,Paxos核心思想：当多数Server写成功，则任务数据写成功;如果有3个Server，则两个写成功即可； 如果有4或5个Server， 则三个写成功即可。

Server数目一般为奇数（ 3、 5、 7） 如果有3个Server，则最多允许1个Server挂掉； 如果有4个Server，则同样最多允许1个Server挂掉 既然如此，为啥要用4个Server？

 

 

 Zookeeper 数据模型

• 层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范；
• 每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识；
• 节点Znode可以包含数据和子节点（ EPHEMERAL类型的节点不能有子节点）；
• Znode中的数据可以有多个版本，比如某一个路径下存有多个数据版本，那么查询这个路径下的数据需带上版本
• 客户端应用可以在节点上设置监视器（ Watcher）；
• 节点不支持部分读写，而是一次性完整读写。
• Znode有两种类型，短暂的（ ephemeral）和持久的（persistent）
• Znode的类型在创建时确定并且之后不能再修改；
• 短暂znode的客户端会话结束时， zookeeper会将该短暂znode删除，短暂znode不可以有子节点；
• 持久znode不依赖于客户端会话，只有当客户端明确要删除该持久znode时才会被删除；
• Znode有四种形式的目录节点，
  PERSISTENT(持久化目录节点 ):客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在 
  EPHEMERAL(临时目录节点):客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除 
  PERSISTENT_SEQUENTIAL(持久化顺序编号目录节点 ):客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号 
  EPHEMERAL_SEQUENTIAL(临时顺序编号目录节点 ):客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
  
  

应用场景：

统一命名服务

1. 分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别不同服务

　　　　类似于域名与ip之间对应关系，域名容易记住；

　　　　通过名称来获取资源或服务的地址，提供者等信息　　

1. 按照层次结构组织服务/应用名称

　　　　可将服务名称以及地址信息写到Zookeeper上，客户端通过Zookeeper获取可用服务列表类

配置管理

• 分布式环境下，配置文件管理和同步是一个常见问题

　　　　一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如Hadoop； 对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上

• 配置管理可交由Zookeeper实现；

　　　　可将配置信息写入Zookeeper的一个znode上；

• 各个节点监听这个znode

　　　　一旦znode中的数据被修改，Zookeeper将通知各个节点；

集群管理

分布式环境下，实时掌握每个节点的状态是必要的，可根据节点实时状态作出一些调整；

可将节点信息写入Zookeeper的一个znode上，监听这个znode可获取它的实时状态变化

典型应用:Hbase中Master状态监控与选举

分布式通知/协调

分布式环境中，经常存在一个服务需要知道它所管理的子服务的状态；

NameNode须知道各DataNode的状态

心跳检测机制可通过Zookeeper实现；

信息推送可由Zookeeper实现（发布/订阅模式）

分布式锁

• Zookeeper是强一致的:多个客户端同时在Zookeeper上创建相同znode，只有一个创建成功。
• 实现锁的独占性:多个客户端同时在Zookeeper上创建相同znode ，创建成功的那个客户端得到锁，其他客户端等待
• 控制锁的时序:各个客户端在某个znode下创建临时znode （类型为CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL），这样，该znode可掌握全局访问时序
  
  
  
  

分布式队列

同步队列:当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达，这种是同步队列。
队列按照 FIFO 方式进行入队和出队操作，例如实现生产者和消费者模型。（可通过分布式锁实现）

一个job由多个task组成，只有所有任务完成后，job才运行完成。
可为job创建一个/job目录，然后在该目录下，为每个完成的task创建一个临时znode，一旦临时节点数目达到task总数，则job运行完成。