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ZooKeeper 概念與基礎(chǔ)

endless_road / 889人閱讀

摘要：由于分布式系統(tǒng)和應(yīng)用可以提供更強(qiáng)的計(jì)算能力，還能更好地容災(zāi)和擴(kuò)展，所以逐漸受到青睞?；A(chǔ)由若干條指令組成，用于完成特定功能的過(guò)程稱(chēng)為原語(yǔ)。

信息飛速膨脹，很多應(yīng)用無(wú)法依賴(lài)單個(gè)服務(wù)器處理龐大的數(shù)據(jù)量。由于分布式系統(tǒng)和應(yīng)用可以提供更強(qiáng)的計(jì)算能力，還能更好地容災(zāi)和擴(kuò)展，所以逐漸受到青睞。

在開(kāi)發(fā)分布式應(yīng)用時(shí)，通常需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力來(lái)處理異構(gòu)系統(tǒng)中的協(xié)作通信問(wèn)題。

什么是 ZooKeeper

ZooKeeper 專(zhuān)注于任務(wù)協(xié)作，能為大型分布式系統(tǒng)提供可靠的協(xié)作處理能力，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，讓開(kāi)發(fā)人員更專(zhuān)注于應(yīng)用本身的邏輯。

ZooKeeper 具有 C-S 結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)，開(kāi)發(fā)的應(yīng)用可以看做為連接到 ZooKeeper 服務(wù)器的客戶(hù)端，通過(guò)客戶(hù)端 API 進(jìn)行操作，保障強(qiáng)一致性、有序性和持久性，具有實(shí)現(xiàn)同步原語(yǔ)的能力，提供簡(jiǎn)單的并發(fā)處理機(jī)制。常見(jiàn)的用法如：選舉主節(jié)點(diǎn)、崩潰檢測(cè)、存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)等。

注意，ZooKeeper 不適用于海量信息存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)最好將應(yīng)用數(shù)據(jù)與協(xié)同數(shù)據(jù)分開(kāi)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式文件系統(tǒng)等存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)。

ZooKeeper 基礎(chǔ)

由若干條指令組成，用于完成特定功能的過(guò)程稱(chēng)為原語(yǔ)。

為了保證靈活性，ZooKeeper 不直接提供原語(yǔ)，而是暴露出類(lèi)似文件系統(tǒng)的 API，讓開(kāi)發(fā)人員通過(guò) API 實(shí)現(xiàn)自己的原語(yǔ)，通常使用菜譜（ recipes ）來(lái)表示原語(yǔ)的實(shí)現(xiàn)。

ZooKeeper 操作和維護(hù)的為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為 znode，采用類(lèi)似文件系統(tǒng)的層級(jí)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。如果 znode 節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)為字節(jié)數(shù)組（byte array）。

API 概述

ZooKeeper 暴露如下 API：

create /path data 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)并包含數(shù)據(jù)

delete /path 刪除節(jié)點(diǎn)

exists /path 檢查節(jié)點(diǎn)是否存在

setData /path data 設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

getData /path 獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

getChildren /path 獲取子節(jié)點(diǎn)列表

ZooKeeper 不允許局部讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，讀取時(shí)會(huì)將節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)全部讀取，寫(xiě)入時(shí)會(huì)整個(gè)替換。

節(jié)點(diǎn)類(lèi)型

創(chuàng)建 znode 時(shí)需要指定節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型會(huì)影響其行為方式。

znode 分為持久節(jié)點(diǎn)和臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。持久節(jié)點(diǎn)只有通過(guò)調(diào)用 delete API 才能刪除；臨時(shí)節(jié)點(diǎn)在客戶(hù)端崩潰或關(guān)閉與 ZooKeeper 服務(wù)器連接時(shí)就會(huì)被刪除，調(diào)用 delete API 也能刪除臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。

znode 可設(shè)置為有序節(jié)點(diǎn)。有序節(jié)點(diǎn)在創(chuàng)建時(shí)會(huì)分配一個(gè)整數(shù)序號(hào)追加到路徑之后，如創(chuàng)建 /tasks/task- 有序節(jié)點(diǎn)，追加整數(shù)后節(jié)點(diǎn)路徑為 /tasks/task-1 。

綜上，znode 共有 4 種類(lèi)型，分別為：持久（無(wú)序）、臨時(shí)（無(wú)序）、持久有序和臨時(shí)有序。

監(jiān)聽(tīng)通知

ZooKeeper 通常以遠(yuǎn)程服務(wù)的方式被訪(fǎng)問(wèn)，在數(shù)據(jù)不發(fā)生變化時(shí)頻繁地訪(fǎng)問(wèn)代價(jià)較大，ZooKeeper 的通知機(jī)制可以代替客戶(hù)端的輪訓(xùn)。

客戶(hù)端通過(guò)設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)（watcher）向 ZooKeeper 注冊(cè)需要接收通知的 znode，在 znode 發(fā)生變化時(shí) ZooKeeper 向客戶(hù)端發(fā)送消息。

通知機(jī)制是單次觸發(fā)的操作，如需不斷監(jiān)聽(tīng) znode 的變化，需要在接收到 znode 變更時(shí)設(shè)置新的監(jiān)視點(diǎn)。

監(jiān)視點(diǎn)有多種類(lèi)型，如監(jiān)控 znode 數(shù)據(jù)變化、監(jiān)控 znode 子節(jié)點(diǎn)變化、監(jiān)控 znode 創(chuàng)建或刪除。

版本匹配

每個(gè) znode 都有一個(gè)隨數(shù)據(jù)變化而自增的版本號(hào)，多個(gè)寫(xiě)入操作會(huì)有條件的執(zhí)行。寫(xiě)入操作會(huì)將版本號(hào)作為參數(shù)，當(dāng)與服務(wù)器上版本號(hào)一致時(shí)才會(huì)調(diào)用成功，這點(diǎn)在多個(gè)客戶(hù)端對(duì)同一個(gè) znode 進(jìn)行操作時(shí)很重要。

仲裁模式

只有一臺(tái)多帶帶的 ZooKeeper 服務(wù)器時(shí)為獨(dú)立模式，狀態(tài)無(wú)法復(fù)制。具有一組 ZooKeeper 服務(wù)器時(shí)為仲裁模式，仲裁模式下各個(gè)服務(wù)器間進(jìn)行狀態(tài)的復(fù)制，同時(shí)服務(wù)于客戶(hù)端的請(qǐng)求。

仲裁模式下，如果讓客戶(hù)端等待所有服務(wù)器完成數(shù)據(jù)保存再繼續(xù)，延遲問(wèn)題就會(huì)很大，ZooKeeper 通過(guò)法定人數(shù)確定工作時(shí)必須有效運(yùn)行的服務(wù)器最小數(shù)量。如果有 5 臺(tái)服務(wù)器，任意 3 臺(tái)服務(wù)器保存了數(shù)據(jù)，客戶(hù)端就可以繼續(xù)工作。其他 2 臺(tái)服務(wù)器最終也會(huì)捕獲到數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

服務(wù)器的個(gè)數(shù)應(yīng)該為奇數(shù)，如有 5 臺(tái)服務(wù)器，則最多允許 2 臺(tái)崩潰。假如服務(wù)器個(gè)數(shù)為偶數(shù)，允許崩潰的服務(wù)器數(shù)量不會(huì)增加，法定人數(shù)卻更大，需要更多的確認(rèn)操作。

開(kāi)始使用 ZooKeeper

開(kāi)始使用 ZooKeeper 之前，需要 下載 ZooKeeper 發(fā)行包 。解壓 tar 格式的壓縮文件，bin 目錄下有啟動(dòng) ZooKeeper 的腳本，conf 目錄下存放著 ZooKeeper 的配置文件，lib 目錄下存放著一些運(yùn)行所需的第三方文件。

啟動(dòng)服務(wù)器

在 ZooKeeper 目錄下執(zhí)行以下命令啟動(dòng) ZooKeeper 服務(wù)器。

$ bin/zkServer.sh start
啟動(dòng)客戶(hù)端 
$ bin/zkCli.sh
列出根節(jié)點(diǎn)下的所有節(jié)點(diǎn) 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zookeeper]
創(chuàng)建節(jié)點(diǎn) 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /test ""
Created /test
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /
[zookeeper, test]
刪除節(jié)點(diǎn) 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] delete /test
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /
[zookeeper]
退出客戶(hù)端 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] quit
Quitting...
2018-05-02 15:58:34,004 [myid:] - INFO  [main:ZooKeeper@684] - Session: 0x1630a0cdc400001 closed
2018-05-02 15:58:34,006 [myid:] - INFO  [main-EventThread:ClientCnxn$EventThread@519] - EventThread shut down for session: 0x1630a0cdc400001
關(guān)閉服務(wù)器 
$ bin/zkServer.sh stop

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