2. ZooKeeper 介紹

2.1. ZooKeeper 由來

正式介紹 ZooKeeper 之前，我們先來看看 ZooKeeper 的由來，還挺有意思的。

下面這段內(nèi)容摘自《從 Paxos 到 ZooKeeper 》第四章第一節(jié)，推薦大家閱讀一下：

ZooKeeper 最早起源于雅虎研究院的一個(gè)研究小組。在當(dāng)時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在雅虎內(nèi)部很多大型系統(tǒng)基本都需要依賴一個(gè)類似的系統(tǒng)來進(jìn)行分布式協(xié)調(diào)，但是這些系統(tǒng)往往都存在分布式單點(diǎn)問題。所以，雅虎的開發(fā)人員就試圖開發(fā)一個(gè)通用的無單點(diǎn)問題的分布式協(xié)調(diào)框架，以便讓開發(fā)人員將精力集中在處理業(yè)務(wù)邏輯上。

關(guān)于“ZooKeeper”這個(gè)項(xiàng)目的名字，其實(shí)也有一段趣聞。在立項(xiàng)初期，考慮到之前內(nèi)部很多項(xiàng)目都是使用動(dòng)物的名字來命名的（例如著名的 Pig 項(xiàng)目),雅虎的工程師希望給這個(gè)項(xiàng)目也取一個(gè)動(dòng)物的名字。時(shí)任研究院的首席科學(xué)家 RaghuRamakrishnan 開玩笑地說：“在這樣下去，我們這兒就變成動(dòng)物園了！”此話一出，大家紛紛表示就叫動(dòng)物園管理員吧一一一因?yàn)楦鱾€(gè)以動(dòng)物命名的分布式組件放在一起，雅虎的整個(gè)分布式系統(tǒng)看上去就像一個(gè)大型的動(dòng)物園了，而 ZooKeeper 正好要用來進(jìn)行分布式環(huán)境的協(xié)調(diào)一一于是，ZooKeeper 的名字也就由此誕生了。

2.2. ZooKeeper 概覽

ZooKeeper 是一個(gè)開源的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將那些復(fù)雜且容易出錯(cuò)的分布式一致性服務(wù)封裝起來，構(gòu)成一個(gè)高效可靠的原語集，并以一系列簡(jiǎn)單易用的接口提供給用戶使用。

原語： 操作系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用語范疇。是由若干條指令組成的，用于完成一定功能的一個(gè)過程。具有不可分割性·即原語的執(zhí)行必須是連續(xù)的，在執(zhí)行過程中不允許被中斷。

ZooKeeper 為我們提供了高可用、高性能、穩(wěn)定的分布式數(shù)據(jù)一致性解決方案，通常被用于實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、負(fù)載均衡、命名服務(wù)、分布式協(xié)調(diào)/通知、集群管理、Master 選舉、分布式鎖和分布式隊(duì)列等功能。

另外，ZooKeeper 將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，性能是非常棒的。 在“讀”多于“寫”的應(yīng)用程序中尤其地高性能，因?yàn)椤皩憽睍?huì)導(dǎo)致所有的服務(wù)器間同步狀態(tài)。（“讀”多于“寫”是協(xié)調(diào)服務(wù)的典型場(chǎng)景）。

2.3. ZooKeeper 特點(diǎn)

• 順序一致性： 從同一客戶端發(fā)起的事務(wù)請(qǐng)求，最終將會(huì)嚴(yán)格地按照順序被應(yīng)用到 ZooKeeper 中去。
• 原子性： 所有事務(wù)請(qǐng)求的處理結(jié)果在整個(gè)集群中所有機(jī)器上的應(yīng)用情況是一致的，也就是說，要么整個(gè)集群中所有的機(jī)器都成功應(yīng)用了某一個(gè)事務(wù)，要么都沒有應(yīng)用。
• 單一系統(tǒng)映像 ： 無論客戶端連到哪一個(gè) ZooKeeper 服務(wù)器上，其看到的服務(wù)端數(shù)據(jù)模型都是一致的。
• 可靠性： 一旦一次更改請(qǐng)求被應(yīng)用，更改的結(jié)果就會(huì)被持久化，直到被下一次更改覆蓋。

2.4. ZooKeeper 典型應(yīng)用場(chǎng)景

ZooKeeper 概覽中，我們介紹到使用其通常被用于實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、負(fù)載均衡、命名服務(wù)、分布式協(xié)調(diào)/通知、集群管理、Master 選舉、分布式鎖和分布式隊(duì)列等功能。

下面選 3 個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景來專門說說：

分布式鎖 ： 通過創(chuàng)建唯一節(jié)點(diǎn)獲得分布式鎖，當(dāng)獲得鎖的一方執(zhí)行完相關(guān)代碼或者是掛掉之后就釋放鎖。

命名服務(wù) ：可以通過 ZooKeeper 的順序節(jié)點(diǎn)生成全局唯一 ID

數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱 ：通過 Watcher 機(jī)制 可以很方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱。當(dāng)你將數(shù)據(jù)發(fā)布到 ZooKeeper 被監(jiān)聽的節(jié)點(diǎn)上，其他機(jī)器可通過監(jiān)聽 ZooKeeper 上節(jié)點(diǎn)的變化來實(shí)現(xiàn)配置的動(dòng)態(tài)更新。

實(shí)際上，這些功能的實(shí)現(xiàn)基本都得益于 ZooKeeper 可以保存數(shù)據(jù)的功能，但是 ZooKeeper 不適合保存大量數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)需要注意。

2.5. 有哪些著名的開源項(xiàng)目用到了 ZooKeeper?

Kafka : ZooKeeper 主要為 Kafka 提供 Broker 和 Topic 的注冊(cè)以及多個(gè) Partition 的負(fù)載均衡等功能。

Hbase : ZooKeeper 為 Hbase 提供確保整個(gè)集群只有一個(gè) Master 以及保存和提供 regionserver 狀態(tài)信息（是否在線）等功能。

Hadoop : ZooKeeper 為 Namenode 提供高可用支持。

3. ZooKeeper 重要概念解讀

破音：拿出小本本，下面的內(nèi)容非常重要哦！

3.1. Data model（數(shù)據(jù)模型）

ZooKeeper 數(shù)據(jù)模型采用層次化的多叉樹形結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、字符串或者是二級(jí)制序列。并且。每個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以擁有 N 個(gè)子節(jié)點(diǎn)，最上層是根節(jié)點(diǎn)以“/”來代表。每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在 ZooKeeper 中被稱為 znode，它是 ZooKeeper 中數(shù)據(jù)的最小單元。并且，每個(gè) znode 都一個(gè)唯一的路徑標(biāo)識(shí)。

強(qiáng)調(diào)一句：ZooKeeper 主要是用來協(xié)調(diào)服務(wù)的，而不是用來存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的，所以不要放比較大的數(shù)據(jù)在 znode 上，ZooKeeper 給出的上限是每個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)大小最大是 1M。

從下圖可以更直觀地看出：ZooKeeper 節(jié)點(diǎn)路徑標(biāo)識(shí)方式和 Unix 文件系統(tǒng)路徑非常相似，都是由一系列使用斜杠"/"進(jìn)行分割的路徑表示，開發(fā)人員可以向這個(gè)節(jié)點(diǎn)中寫人數(shù)據(jù)，也可以在節(jié)點(diǎn)下面創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)。這些操作我們后面都會(huì)介紹到。

3.2. znode（數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)）

介紹了 ZooKeeper 樹形數(shù)據(jù)模型之后，我們知道每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在 ZooKeeper 中被稱為 znode，它是 ZooKeeper 中數(shù)據(jù)的最小單元。你要存放的數(shù)據(jù)就放在上面，是你使用 ZooKeeper 過程中經(jīng)常需要接觸到的一個(gè)概念。

3.2.1. znode 4種類型

我們通常是將 znode 分為 4 大類：

• 持久（PERSISTENT）節(jié)點(diǎn) ：一旦創(chuàng)建就一直存在即使 ZooKeeper 集群宕機(jī)，直到將其刪除。
• 臨時(shí)（EPHEMERAL）節(jié)點(diǎn) ：臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的生命周期是與 客戶端會(huì)話（session） 綁定的，會(huì)話消失則節(jié)點(diǎn)消失 。并且，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)只能做葉子節(jié)點(diǎn) ，不能創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)。
• 持久順序（PERSISTENT_SEQUENTIAL）節(jié)點(diǎn) ：除了具有持久（PERSISTENT）節(jié)點(diǎn)的特性之外， 子節(jié)點(diǎn)的名稱還具有順序性。比如 /node1/app0000000001 、/node1/app0000000002 。
• 臨時(shí)順序（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）節(jié)點(diǎn) ：除了具備臨時(shí)（EPHEMERAL）節(jié)點(diǎn)的特性之外，子節(jié)點(diǎn)的名稱還具有順序性。

3.2.2. znode 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

每個(gè) znode 由 2 部分組成:

• stat ：狀態(tài)信息
• data ： 節(jié)點(diǎn)存放的數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容

總結(jié)

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總結(jié)

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