zookeeper 快速入門

ZooKeeper · 發表 2019-04-25 22:17:53

摘要： zookeeper zookeeper是什麼 Apache ZooKeeper是Apache軟體基金會的一個軟體專案，他為大型分散式計算提供開源的分散式配置服務、同步服務和命名註冊。ZooKeeper曾經是Hadoop的一個子專案，但現在是一個獨立的頂級專案。 ZooKeeper的...

zookeeper

zookeeper是什麼

Apache ZooKeeper是Apache軟體基金會的一個軟體專案，他為大型分散式計算提供開源的分散式配置服務、同步服務和命名註冊。ZooKeeper曾經是Hadoop的一個子專案，但現在是一個獨立的頂級專案。

ZooKeeper的架構通過冗餘服務實現高可用性。因此，如果第一次無應答，客戶端就可以詢問另一臺ZooKeeper主機。ZooKeeper節點將它們的資料儲存於一個分層的名稱空間，非常類似於一個檔案系統或一個字首樹結構。客戶端可以在節點讀寫，從而以這種方式擁有一個共享的配置服務。

使用ZooKeeper的公司包括Rackspace、雅虎和eBay，以及類似於像Solr這樣的開源企業級搜尋系統。

zookeeper提供了什麼

檔案系統：zookeeper維護一個類似檔案系統的資料結構，每個子目錄項如 NameService 都被稱作為 znode，和檔案系統一樣，自由增加及刪除，唯一不同其可儲存資料。Znode分為四種類型
- PERSISTENT-持久化目錄節點。（客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在）。
- PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化順序編號目錄節點。（客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在，只是Zookeeper給該節點名稱進行順序編號）
- EPHEMERAL-臨時目錄節點（客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點被刪除）
- EPHEMERAL_SEQUENTIAL-臨時順序編號目錄節點。（客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點被刪除，只是Zookeeper給該節點名稱進行順序編號）
通知機制：客戶端註冊監聽它關心的目錄節點，當目錄節點發生變化（資料改變、被刪除、子目錄節點增加刪除）時，zookeeper會通知客戶端。

zookeeper能為我們做什麼？

命名服務：在zookeeper的檔案系統裡建立一個目錄，即有唯一的path。在我們使用tborg無法確定上游程式的部署機器時即可與下游程式約定好path，通過path即能互相探索發現。
配置管理：把應用配置放置zookeeper上去,儲存在 Zookeeper 的某個目錄節點中，然後所有相關應用程式對這個目錄節點進行監聽，一旦配置資訊發生變化，每個應用程式就會收到 Zookeeper 的通知，然後從 Zookeeper 獲取新的配置資訊應用到系統中就好。
叢集管理：節點（機器）增刪及Master選取。節點增刪：所有機器約定在父目錄GroupMembers下建立臨時目錄節點，然後監聽父目錄節點的子節點變化訊息。一旦有機器掛掉，該機器與 zookeeper的連線斷開，其所建立的臨時目錄節點被刪除，所有其他機器都收到通知：某個兄弟目錄被刪除，於是，所有人都知道：它上船了。新機器加入也是類似，所有機器收到通知：新兄弟目錄加入，highcount又有了。Master選取：所有機器建立臨時順序編號目錄節點，每次選取編號最小的機器作為master就好。
分散式鎖：基於zookeeper一致性檔案系統,實現鎖服務。鎖服務分為儲存獨佔及時序控制兩類。儲存獨佔：將zookeeper上的一個znode看作是一把鎖，通過createznode的方式來實現。所有客戶端都去建立 /distribute_lock 節點，最終成功建立的那個客戶端也即擁有了這把鎖。用完刪除自己建立的distribute_lock 節點就釋放鎖。時序控制：基於/distribute_lock鎖，所有客戶端在它下面建立臨時順序編號目錄節點，和選master一樣，編號最小的獲得鎖，用完刪除，依次方便。
佇列管理：分同步佇列,FIFO佇列（入隊與出隊），同步佇列：當一個佇列的成員都聚齊時，這個佇列才可用，否則一直等待所有成員到達。在約定目錄下建立臨時目錄節點，監聽節點數目是否是我們要求的數目。FIFO佇列：和分散式鎖服務中的控制時序場景基本原理一致，入列有編號，出列按編號。
分散式與資料複製：Zookeeper作為一個叢集提供一致的資料服務，必然在所有機器間做資料複製。資料複製好處：（1）容錯：一個節點出錯，不致於讓整個系統停止工作，別的節點可以接管它的工作。（2）提高系統的擴充套件能力：把負載分佈到多個節點上，或者增加節點來提高系統的負載能力；（3）效能提升：讓客戶端本地訪問就近節點,提高使用者訪問速度。

zookeeper基本概念

角色簡介

Zookeeper角色分為三類，領導者：負責進行投票的發起和決議,更新系統狀態。跟隨者：Follower用於接收客戶請求並向客戶端返回結果，在選中過程中參與投票。觀察者：Observer可以接收客戶端連線，將寫請求轉發給leader節點。但不參加投票過程,只同步leader狀態。Observer目的在於擴充套件系統，提高讀取速度。

設計目的

一致性：client不論連線到哪個Server，展示給它都是同一個檢視，這是zookeeper最重要的效能。
可靠性：具有簡單、健壯、良好的效能，如果訊息m被到一臺伺服器接受，那麼它將被所有的伺服器接受。
實時性：Zookeeper保證客戶端將在一個時間間隔範圍內獲得伺服器的更新資訊，或者伺服器失效的資訊。但由於網路延時等原因，Zookeeper不能保證兩個客戶端能同時得到剛更新的資料，如果需要最新資料，應該在讀資料之前呼叫sync()介面。
等待無關（wait-free）：慢的或者失效的client不得干預快速的client的請求，使得每個client都能有效的等待。
原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態。
順序性：包括全域性有序和偏序兩種：全域性有序是指如果在一臺伺服器上訊息a在訊息b前釋出，則在所有Server上訊息a都將在訊息b前被髮布；偏序是指如果一個訊息b在訊息a後被同一個傳送者釋出，a必將排在b前面。

選主流程

當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢復模式，恢復模式需要重新選舉出一個新的leader，讓所有的Server都恢復到一個正確的狀態。Zk的選舉演算法有兩種：一種是基於basic paxos實現的，另外一種是基於fast paxos演算法實現的。系統預設的選舉演算法為fast paxos。先介紹basic paxos流程：

選舉執行緒由當前Server發起選舉的執行緒擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，並選出推薦的Server；

選舉執行緒首先向所有Server發起一次詢問(包括自己)；

選舉執行緒收到回覆後，驗證是否是自己發起的詢問(驗證zxid是否一致)，然後獲取對方的id(myid)，並存儲到當前詢問物件列表中，最後獲取對方提議的leader相關資訊(id,zxid)，並將這些資訊儲存到當次選舉的投票記錄表中；

收到所有Server回覆以後，就計算出zxid最大的那個Server，並將這個Server相關資訊設定成下一次要投票的Server；

執行緒將當前zxid最大的Server設定為當前Server要推薦的Leader，如果此時獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數，設定當前推薦的leader為獲勝的Server，將根據獲勝的Server相關資訊設定自己的狀態，否則，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。

通過流程分析我們可以得出：要使Leader獲得多數Server的支援，則Server總數必須是奇數2n+1，且存活的Server的數目不得少於n+1.

每個Server啟動後都會重複以上流程。在恢復模式下，如果是剛從崩潰狀態恢復的或者剛啟動的server還會從磁碟快照中恢復資料和會話資訊，zk會記錄事務日誌並定期進行快照，方便在恢復時進行狀態恢復。

fast paxos流程是在選舉過程中，某Server首先向所有Server提議自己要成為leader，當其它Server收到提議以後，解決epoch和zxid的衝突，並接受對方的提議，然後向對方傳送接受提議完成的訊息，重複這個流程，最後一定能選舉出Leader。

zookeeper的安裝使用

wget http://mirrors.cnnic.cn/apache/zookeeper/zookeeper-3.4.8/zookeeper-3.4.8.tar.gz

tar zxvf zookeeper-3.4.8.tar.gz -C /usr/local/

cd $ZOOKEEPER_HOME

cp conf/zoo_sample.cfg conf/zoo.cfg

# 叢集需要在zoo.cfg配置

server.1=192.168.1.148:2888:3888
server.2=192.168.1.149:2888:3888
server.3=192.168.1.150:2888:3888


# 在zookeeper的臨時目錄建立myid
mkdir -p /tmp/zookeeper

# 分別在不同節點建立myid檔案裡面的數字對應節點的編號比如server.1就對應1，server.2就對應2
echo 1 > /tmp/zookeeper/myid

# 最後分別啟動叢集上的節點
$ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh start

# 檢視zookeeper的狀態
$ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh status

# 停止zookeeper服務
$ZOOKEEPER_HOME/bin/zkServer.sh stop

zookeeper命令列操作

啟動zookeeper服務後到bin目錄啟動zookeeper的客戶端$ZOOKEEPER_HOME/bin/zkCli.sh

# 輸入help

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] help
ZooKeeper -server host:port cmd args
stat path [watch]
set path data [version]
ls path [watch]
delquota [-n|-b] path
ls2 path [watch]
setAcl path acl
setquota -n|-b val path
history 
redo cmdno
printwatches on|off
delete path [version]
sync path
listquota path
rmr path
get path [watch]
create [-s] [-e] path data acl
addauth scheme auth
quit 
getAcl path
close 
connect host:port

建立節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] create /test test-data
Created /test

檢視節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /
[abc, zookeeper, eclipse]

獲取節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] get /test
test-update
cZxid = 0x38
ctime = Sat Dec 22 10:11:46 CST 2018
mZxid = 0x39
mtime = Sat Dec 22 10:12:05 CST 2018
pZxid = 0x38
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 11
numChildren = 0

修改節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] set /test test-update
cZxid = 0x38
ctime = Sat Dec 22 10:11:46 CST 2018
mZxid = 0x3a
mtime = Sat Dec 22 10:15:04 CST 2018
pZxid = 0x38
cversion = 0
dataVersion = 2
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 11
numChildren = 0

刪除節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] delete /test

zookeeper java 客戶端操作

/**
 * @author leone
 * @since 2018-06-16
 **/
public class ZkClient {

private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ZkClient.class);

private final static String ZK_URL = "xxx.xxx.xxx.xxx:2181";

private final static int TIME_OUT = 5000;

private static ZooKeeper zkClient = null;


@Before
public void init() throws Exception {
zkClient = new ZooKeeper(ZK_URL, TIME_OUT, (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）
logger.info(event.getType() + "---" + event.getPath());
try {
zkClient.getChildren("/", true);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
}

/**
* 設定值
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testSetData() throws Exception {
zkClient.setData("/eclipse", "world".getBytes(), -1);
byte[] data = zkClient.getData("/eclipse", false, null);
System.out.println(new String(data));
}

/**
* 建立節點
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testCreate() throws Exception {
// 引數1：要建立的節點的路徑 引數2：節點資料 引數3：節點的許可權 引數4：節點的型別
zkClient.create("/eclipse/aaa", "aaaData".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}


/**
* 測試某節點是否存在
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testExists() throws Exception {
Stat stat = zkClient.exists("/eclipse", false);
System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");
}

/**
* 獲取子節點
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testGetChild() throws Exception {
List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);
for (String child : children) {
System.out.println(child);
}
}

/**
* 刪除節點
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testDelete() throws Exception {
// 引數2：指定要刪除的版本，-1表示刪除所有版本
zkClient.delete("/abc", -1);
}


/**
* 獲取節點的資料
*
* @throws Exception
*/
@Test
public void testGetDate() throws Exception {
byte[] data = zkClient.getData("/eclipse", false, null);
System.out.println(new String(data));
}

}