ZooKeeper系列(6)：ZooKeeper的伸縮性和Observer角色

ZooKeeper系列文章：http://www.javashuo.com/article/p-waqydwdc-bt.html

 

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1.ZooKeeper中的角色

在比較老的ZooKeeper版本中，只有兩種角色：leader和follower。後來引入了一種新角色Observer，Observer角色除了不能投票(以及和投票相關的能力)外，其它和follower功能同樣。

因此，在ZooKeeper中：

• 投票角色：leader、follower。
  
• 無票角色：observer。

2.ZooKeeper如何處理請求？

ZooKeeper集羣中的每一個server都能爲客戶端提供讀、寫服務。

對於客戶端的讀請求，server會直接從它本地的內存數據庫中取出數據返回給客戶端，這個過程不涉及其它任何操做，也不會聯繫leader。

對於客戶端的寫請求，由於寫操做會修改znode的數據、狀態，因此必需要在ZooKeeper集羣中進行協調。處理過程以下：

1. 收到寫請求的那個server，首先將寫請求發送給leader。
   
2. leader收到來自follower(或observer)的寫請求後，首先計算此次寫操做以後的狀態，而後將這個寫請求轉換成帶有各類狀態的事務(如版本號、zxid等等)。
   
3. leader將這個事務以提議的方式廣播出去(即發送proposal)。
   
4. 全部follower收到proposal後，對這個提議進行投票，投票完成後返回ack給leader。follower的投票只有兩種方式：(1)確認此次提議表示贊成；(2)丟棄此次提議表示不一樣意。
   
5. leader收集投票結果，只要投票數量達到了大多數的要求(例如，5個節點的集羣，3個或3個以上的節點纔算大多數)，此次提議就經過。
   
6. 提議經過後，leader向全部server發送一個提交通知。
   
7. 全部節點將此次事務寫入事務日誌，並進行提交。
   
8. 提交後，收到寫請求的那個server向客戶端返回成功信息。

下面是ZooKeeper集羣處理寫請求過程的一個簡圖：

當ZooKeeper集羣中follower的數量不少時，投票過程會成爲一個性能瓶頸，爲了解決投票形成的壓力，因而出現了observer角色。

observer角色不參與投票，它只是投票結果的"聽衆"，除此以外，它和follower徹底同樣，例如能接受讀、寫請求。就這一個特色，讓整個ZooKeeper集羣性能大大改善。

和follower同樣，當observer收到客戶端的讀請求時，會直接從內存數據庫中取出數據返回給客戶端。

對於寫請求，當寫請求發送到某server上後，不管這個節點是follower仍是observer，都會將它發送給leader。而後leader組織投票過程，全部server都收到這個proposal(包括observer，由於proposal是廣播出去的)，可是leader和follower以及observer經過配置文件，都知道本身是否是observer以及誰是observer。本身是observer的server不參與投票。當leader收集完投票後，將那些observer的server去掉，在剩下的server中計算大多數，若是投票結果達到了大多數，此次寫事務就成功，因而leader通知全部的節點(包括observer)，讓它們將事務寫入事務日誌，並提交。

3.Observer的優勢

observer角色除了減輕了投票的壓力，還帶來了幾個額外的優勢。

1.提升了伸縮性。

伸縮性指的是經過添加服務器來負載請求，從而提升整個集羣處理請求的能力。也就是"一頭牛拉不動了，找更多牛來拉"。

在出現Observer以前，ZooKeeper集羣的伸縮性由follower來實現。雖然對於讀寫操做來講，follower是"無狀態"的，這使得添加新的follower到集羣(或者從集羣中減小follower)很方便，能提升ZooKeeper集羣負載能力。可是，對於投票來講，follower是有狀態的，增、減follower的數量，都直接影響投票結果，特別是follower的數量越多，投票過程的性能就越差。

而observer不管是讀寫請求仍是投票，都是無狀態的，增、減observer的數量不會影響投票結果。這樣就可讓一部分server做爲follower參與投票，另外一部分做爲observer單純地提供讀寫服務。這使得ZooKeeper的伸縮性大大提升。

2.部署跨地區的ZooKeeper數據中心更方便。

observer能直接從本地內存數據庫中取出數據來響應讀請求，因此提升了讀的吞吐量。對於寫請求，雖然它要發送給leader並接受leader的通知，但相比於投票過程當中傳遞的信息，它的數據量很小，因此即便在廣域網也能有很好的性能。

實際上，不少跨機房、跨地區的數據中心就是經過observer來實現的。

4.如何配置Observer？

要配置observer，只需稍微修改一下配置文件便可。

首先，在想要成爲observer的配置文件中，加上下面一行：

peerType=observer

這表示這個server以observer角色運行，即不參與投票。

再在全部 server的配置文件中，修改server.X配置項，在那些observer的節點上加上:observer後綴。

例如，server.1對應的server要做爲observer：

server.1=IP:2181:3181:observer

這樣配置後，ZooKeeper集羣中的全部服務器節點都知道哪些節點扮演的是observer角色。