分散式協調服務zookeeper總結
1.zookeeper簡介
1.1簡介
Zookeeper是一個分散式協調服務，換言之，就是為使用者的分散式應用程式提供協調服務
- zookeeper是為別的分散式程式服務的
- Zookeeper本身就是一個分散式程式（只要有半數以上節點存活，zk就能正常服務）
- Zookeeper所提供的服務涵蓋：主從協調、伺服器節點動態上下線、統一配置管理、分散式共享鎖、統一名稱服務
- 雖然說可以提供各種服務，但是zookeeper在底層其實只提供了兩個功能（管理資料和監聽資料）：
管理(儲存，讀取)使用者程式提交的資料；
併為使用者程式提供資料節點監聽服務；
1.2 Zookeeper叢集的角色： Leader 和 follower
Zookeeper在配置檔案中並沒有指定master和slave，啟動之後通過內部的選舉機制選舉出leader和follower，而且只有一個leader，其他則為follower。zookeeper叢集中只要有半數以上節點存活，叢集就能提供服務。
2.zookeeper叢集機制
半數機制：叢集中半數以上機器存活，叢集可用。
zookeeper適合裝在奇數臺機器上！！！
2.zookeeper安裝與配置
2.1zookeeper安裝
- 安裝到3臺虛擬機器上（需要提前安裝好JDK）
將zookeeper壓縮包上傳至/apps/package目錄並解壓
tar -zxvf zookeeper-3.4 - 重新命名
mv zookeeper-3.4.5 zookeeper（重新命名資料夾zookeeper-3.4.5為zookeeper）- 修改環境變數
vi /etc/profile
新增內容：
export ZOOKEEPER_HOME=/apps/package/zookeeper
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$ZOOKEEPER_HOME/bin- 重新編譯檔案：
source /etc/profile
三臺機器都需要修改
2.2 修改配置檔案
- 先複製一份
cd zookeeper/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg - 編輯
vi zoo.cfg
新增內容：
dataDir=/apps/package/zookeeper/data
dataLogDir=/apps/package/zookeeper/log
server.1=mini1:2888:3888
server.2=mini2:2888:3888
server.3=mini3:2888:3888- 建立資料夾：
cd /apps/package/zookeeper
mkdir -m 755 data
mkdir -m 755 log- 在data資料夾下新建myid檔案，myid的檔案內容為：
cd data
vi myid
新增內容：
1mini2和mini3伺服器的請修改成2,3，將來會按這個myid選中出leader和follow。
- 將叢集複製到其他機器上
scp -r /apps/package/zookeeper root@mini2:/apps/package/
scp -r /apps/package/zookeeper root@mini3:/apps/package/如果在mini1中ping不通mini2和mini3,需要在hosts檔案中配置mini2和mini3的ip地址
- 修改其他機器的配置檔案
到mini2上：修改myid為：2
到mini3上：修改myid為：3
而且/etc/profile的路徑也不要忘了修改
- 啟動（每臺機器）
zkServer.sh start
zkServer.sh start-foreground(可以看到啟動日誌)- 檢視叢集狀態
jps（檢視程序）
zkServer.sh status（檢視叢集狀態，主從資訊）3.zookeeper資料結構和常用操作
3.1zookeeper特性
- Zookeeper：一個leader，多個follower組成的叢集
- 全域性資料一致：每個server儲存一份相同的資料副本，client無論連線到哪個server，資料都是一致的
- 分散式讀寫，更新請求轉發，由leader實施
- 更新請求順序進行，來自同一個client的更新請求按其傳送順序依次執行
- 資料更新原子性，一次資料更新要麼成功，要麼失敗
- 實時性，在一定時間範圍內，client能讀到最新資料
3.2zookeeper資料結構
- 層次化的目錄結構;
- 每個節點在zookeeper中叫做znode,並且其有一個唯一的路徑標識;
- 節點Znode可以包含資料和子節點（但是EPHEMERAL型別的節點不能有子節點）;
- 客戶端應用可以在節點上設定監視器。
3.3節點型別
- Znode有兩種型別：
短暫（ephemeral）（斷開連線自己刪除）
持久（persistent）（斷開連線不刪除） - Znode有四種形式的目錄節點（預設是persistent ）
PERSISTENT
PERSISTENT_SEQUENTIAL（持久序列/test0000000019 ）
EPHEMERAL
EPHEMERAL_SEQUENTIAL - 建立znode時設定順序標識，znode名稱後會附加一個值，順序號是一個單調遞增的計數器，由父節點維護
- 在分散式系統中，順序號可以被用於為所有的事件進行全域性排序，這樣客戶端可以通過順序號推斷事件的順序
使用客戶端操作節點
- 使用命令連線zookeeper服務端：
zkCli.sh -主機名(ip):2181
如：zkCli.sh -mini2:2181- 使用 ls 命令來檢視當前 ZooKeeper 中所包含的內容：
ls /- 建立一個新的 znode ，使用 create /zk myData 。這個命令建立了一個新的 znode 節點“ zk ”以及與它關聯的字串：
create /zk "myData“- 我們執行 get 命令來確認 znode 是否包含我們所建立的字串：
get /zk-監聽這個節點的變化,當另外一個客戶端改變/zk時,輸出監聽到的變化
get /zk watch- 使用set 命令來對 zk 所關聯的字串進行設定：
set /zk "zsl“- 使用delete刪除 znode 節點：
delete /zk- 刪除節點(與上面的區別是這個可以刪除目錄)：rmr
rmr /zk4.使用java操作zookeeper的api
- 首先需要引入zookeeper的jar包，這個jar包需要依賴其它的jar，可以直接到maven倉庫下載。
<dependency>
<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
<artifactId>zookeeper</artifactId>
<version>3.4.10</version>
<type>pom</type>
</dependency>
- 常用的增刪查改api操作如下：
create 在目錄樹中建立一個節點
delete 刪除一個節點
exists 測試是否存在目標節點
get/set data 從目標節點上讀取 / 更新資料
get/set ACL 獲取 / 設定目標節點訪問控制列表資訊
get children 檢索一個子節點上的列表
sync 等待要被傳送的資料
使用java操作程式碼如下：
public class SimpleZkClient {
private static final String CONNECT_URL = "mini1:2181,mini2:2181,mini3:2181";
private static final int SESSION_TIME_OUT = 2000;
ZooKeeper zkCli = null;
@Before
public void init() throws Exception{
zkCli = new ZooKeeper(CONNECT_URL, SESSION_TIME_OUT, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println(event.getType()+"-----------"+event.getPath());
try{
zkCli.getChildren("/", true);
}catch (Exception e){
}
}
});
}
/**
* @Description 新增節點資料
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void create() throws Exception{
// 引數1：要建立的節點的路徑 引數2：節點大資料 引數3：節點的許可權 引數4：節點的型別。上傳的資料可以是任何型別，但都要轉成byte[]
String s = zkCli.create("/zk", "test".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}
/**
* @Description 判斷節點是否存在
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void isExist() throws Exception{
Stat exists = zkCli.exists("/zk", false);
System.out.println(null==exists?"不存在":"存在");
}
/**
* @Description 獲取節點資料
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void getData() throws Exception{
byte[] data = zkCli.getData("/zk", false, null);
System.out.println("節點資料："+new String(data));
}
/**
* @Description 遍歷節點資料
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void getChildren() throws Exception{
List<String> children = zkCli.getChildren("/", false);
for(String s : children){
System.out.println("節點名稱："+s);
}
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
/**
* @Description 刪除節點資料
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void delete() throws Exception{
//引數2：指定要刪除的版本，-1表示刪除所有版本
zkCli.delete("/zk",-1);
this.isExist();
}
/**
* @Description 更新節點資料
* @Author 劉俊重
*/
@Test
public void update() throws Exception{
Stat stat = zkCli.setData("/zk", "newtest".getBytes(), -1);
this.getData();
}
}Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);是為了不讓程式執行完之後立馬結束，讓它睡一會，測試監聽是否實現，同時在process回撥函式中寫了收到通知的操作， zkCli.getChildren(“/”, true);這時如果我們通過linux命令列操作了zookeeper操作節點就會觸發這裡的監聽事件。
5.zookeeper的使用場景
5.1場景一：客戶端動態感知服務端節點變化，實現高可用
現在假設有這樣一種需求：服務端節點有多個，可以動態的上下線；需要讓任意一臺客戶端都能實時感知服務端節點的變化，進而連線目前可提供服務的節點。
實現思路：我們可以藉助於zookeeper這個第三方中介軟體，在每臺伺服器啟動時都向zookeeper註冊伺服器的節點資訊（比如：/servers/server01;/servers/server02）；客戶端每次呼叫之前都通過getChildren方法獲取最新的伺服器節點資訊，同時客戶端在zookeeper註冊監聽，監聽伺服器節點的變化；如果某刻伺服器server01下線了，zookeeper就會發出節點變化通知客戶端，回撥process方法拉取最新的伺服器節點資訊。
服務端程式碼如下：
public class DistributeServer {
private static final String CONNECT_URL = "mini1:2181,mini2:2181,mini3:2181";
private static final int SESSION_TIME_OUT = 2000;
private static final String PARENT_NODE = "/servers";
private ZooKeeper zkCli = null;
/**
* @Description 獲取連線
* @Author 劉俊重
* @Date 2017/12/13
*/
public void getConnect() throws Exception{
zkCli = new ZooKeeper(CONNECT_URL, SESSION_TIME_OUT, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println(event.getType()+"-----------"+event.getPath());
try{
zkCli.getChildren("/", true);
}catch (Exception e){
}
}
});
}
/**
* @Description 伺服器啟動時向zookeeper註冊服務資訊
* @Author 劉俊重
* @Date 2017/12/13
*/
public void registerServer(String hostName) throws Exception {
String s = zkCli.create(PARENT_NODE + "/", hostName.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
System.out.println("伺服器："+hostName+"已經註冊完畢");
}
/**
* @Description 模擬實際的業務操作
* @Author 劉俊重
* @Date 2017/12/13
*/
public void handelBusiness(String hostname) throws Exception {
System.out.println("伺服器："+hostname+"正在處理業務。。。");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DistributeServer server = new DistributeServer();
server.getConnect();
server.registerServer(args[0]);
server.handelBusiness(args[0]);
}
}客戶端程式碼如下：
/**
* @author 劉俊重
* @Description 模擬客戶端，拉取最新伺服器節點列表並向zookeeper設定監聽
*/
public class DistributeClient {
private static final String CONNECT_URL = "mini1:2181,mini2:2181,mini3:2181";
private static final int SESSION_TIME_OUT = 2000;
private static final String PARENT_NODE = "/servers";
private ZooKeeper zkCli = null;
private volatile List<String> serverList = null;
/**
* @Description 獲取連線
* @Author 劉俊重
* @Date 2017/12/13
*/
public void getConnect() throws Exception{
zkCli = new ZooKeeper(CONNECT_URL, SESSION_TIME_OUT, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
// 收到事件通知後的回撥函式（應該是我們自己的事件處理邏輯）
System.out.println(event.getType()+"-----------"+event.getPath());
try{
//重新更新伺服器列表，並且註冊了監聽
getServerList();
}catch (Exception e){
}
}
});
}
/**
* @Description 獲取伺服器子節點資訊，並對父節點進行監聽
* @Author 劉俊重
*/
public void getServerList() throws Exception {
List<String> children = zkCli.getChildren(PARENT_NODE, true);
List<String> servers = new ArrayList<String>();
for(String child : children){
// child只是子節點的節點名
byte[] data = zkCli.getData(PARENT_NODE + "/" + child, false, null);
servers.add(new String(data));
}
//把servers賦值給成員變數serverList，以提供給各業務執行緒使用
serverList = servers;
System.out.println("節點資料："+serverList);
}
/**
* @Description 模擬實際的業務操作
* @Author 劉俊重
* @Date 2017/12/13
*/
public void handelBusiness() throws Exception {
System.out.println("客戶端開始工作。。。");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DistributeClient client = new DistributeClient();
client.getConnect();
client.getServerList();
client.handelBusiness();
}
}5.2場景二：分散式鎖實現
假設現在叢集中有50臺機器對某臺機器上的同一檔案進行修改，如何才能保證這個檔案不會被寫亂呢，使用java中的synchronized鎖肯定是不行的，因為這個鎖是對某個程式而言的，而我們這根本就不是在一個伺服器上，怎麼會鎖的住，用zookeeper實現的分散式鎖可以實現。
設計思路：伺服器啟動時都去zookeeper上註冊一個“短暫+序號”的znode節點（如/lock/1;/lock/2），並設定監聽父節點變化；獲取到父節點下所有子節點，並比較序號的大小；約定比如序號最小的獲取鎖，去操作某一檔案，操作完成後刪除自己的節點（相當於釋放鎖），並註冊一個新的“短暫+序號”的znode節點；其它程式收到zookeeper傳送的節點變化的通知之後，去比較序號的大小，看誰獲得新鎖。
public class DistributedClientLock {
// 會話超時
private static final int SESSION_TIMEOUT = 2000;
// zookeeper叢集地址
private String hosts = "mini1:2181,mini2:2181,mini3:2181";
private String groupNode = "locks";
private String subNode = "sub";
private boolean haveLock = false;
private ZooKeeper zk;
// 記錄自己建立的子節點路徑
private volatile String thisPath;
/**
* 連線zookeeper
*/
public void connectZookeeper() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(hosts, SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
try {
// 判斷事件型別，此處只處理子節點變化事件
if (event.getType() == EventType.NodeChildrenChanged && event.getPath().equals("/" + groupNode)) {
//獲取子節點，並對父節點進行監聽
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());
// 去比較是否自己是最小id
Collections.sort(childrenNodes);
if (childrenNodes.indexOf(thisNode) == 0) {
//訪問共享資源處理業務，並且在處理完成之後刪除鎖
doSomething();
//重新註冊一把新的鎖
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 1、程式一進來就先註冊一把鎖到zk上
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// wait一小會，便於觀察
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
// 從zk的鎖父目錄下，獲取所有子節點，並且註冊對父節點的監聽
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
//如果爭搶資源的程式就只有自己，則可以直接去訪問共享資源
if (childrenNodes.size() == 1) {
doSomething();
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
/**
* 處理業務邏輯，並且在最後釋放鎖
*/
private void doSomething() throws Exception {
try {
System.out.println("gain lock: " + thisPath);
Thread.sleep(2000);
} finally {
System.out.println("finished: " + thisPath);
//釋放鎖
zk.delete(this.thisPath, -1);
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DistributedClientLock dl = new DistributedClientLock();
dl.connectZookeeper();
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
}6 zookeeper的選舉機制
6.1全新叢集paxos
以一個簡單的例子來說明整個選舉的過程.
假設有五臺伺服器組成的zookeeper叢集,它們的id從1-5,同時它們都是最新啟動的,也就是沒有歷史資料,在存放資料量這一點上,都是一樣的.假設這些伺服器依序啟動,來看看會發生什麼.
1) 伺服器1啟動,此時只有它一臺伺服器啟動了,它發出去的報沒有任何響應,所以它的選舉狀態一直是LOOKING狀態
2) 伺服器2啟動,它與最開始啟動的伺服器1進行通訊,互相交換自己的選舉結果,由於兩者都沒有歷史資料,所以id值較大的伺服器2勝出,但是由於沒有達到超過半數以上的伺服器都同意選舉它(這個例子中的半數以上是3),所以伺服器1,2還是繼續保持LOOKING狀態.
3) 伺服器3啟動,根據前面的理論分析,伺服器3成為伺服器1,2,3中的老大,而與上面不同的是,此時有三臺伺服器選舉了它,所以它成為了這次選舉的leader.
4) 伺服器4啟動,根據前面的分析,理論上伺服器4應該是伺服器1,2,3,4中最大的,但是由於前面已經有半數以上的伺服器選舉了伺服器3,所以它只能接收當小弟的命了.
5) 伺服器5啟動,同4一樣,當小弟.
6.2非全新叢集的選舉機制(資料恢復)
那麼，初始化的時候，是按照上述的說明進行選舉的，但是當zookeeper運行了一段時間之後，有機器down掉，重新選舉時，選舉過程就相對複雜了。
需要加入資料id、leader id和邏輯時鐘。
資料id：資料新的id就大，資料每次更新都會更新id。
Leader id：就是我們配置的myid中的值，每個機器一個。
邏輯時鐘：這個值從0開始遞增,每次選舉對應一個值,也就是說: 如果在同一次選舉中,那麼這個值應該是一致的 ; 邏輯時鐘值越大,說明這一次選舉leader的程序更新.
選舉的標準就變成：
1、邏輯時鐘小的選舉結果被忽略，重新投票
2、統一邏輯時鐘後，資料id大的勝出
3、資料id相同的情況下，leader id大的勝出
根據這個規則選出leader。