搞懂分佈式技術6：Zookeeper典型應用場景及實踐
一.ZooKeeper典型應用場景實踐
ZooKeeper是一個高可用的分佈式數據管理與系統協調框架。基於對Paxos算法的實現，使該框架保證了分佈式環境中數據的強一致性，也正是基於這樣的特性，使得ZooKeeper解決不少分佈式問題。網上對ZK的應用場景也有很多介紹，本文將介紹比較經常使用的項目例子，系統地對ZK的應用場景進行一個分門歸類的介紹。node
值得注意的是，ZK並不是天生就是爲這些應用場景設計的，都是後來衆多開發者根據其框架的特性，利用其提供的一系列API接口（或者稱爲原語集），摸索出來的典型使用方法。所以，也很是歡迎讀者分享你在ZK使用上的奇技淫巧。算法
1 Zookeeper數據模型
Zookeeper 會維護一個具備層次關係的數據結構，它很是相似於一個標準的文件系統，如圖所示：數據庫
圖中的每一個節點稱爲一個znode. 每一個znode由3部分組成：apache
-
stat. 此爲狀態信息, 描述該
znode的版本, 權限等信息；設計模式 -
data. 與該znode
關聯的數據；api -
children. 該znode下的
子節點；服務器
Zookeeper 這種數據結構有以下這些特色：網絡
-
每一個子目錄項如 NameService 都被稱做爲 znode，這個 znode 是被它所在的路徑惟一標識，如 Server1 這個 znode 的標識爲 /NameService/Server1；session
-
znode 能夠有子節點目錄，而且每一個 znode 能夠存儲數據，注意
EPHEMERAL 類型的目錄節點不能有子節點目錄；數據結構 -
znode 是有版本的，每一個 znode 中存儲的數據能夠有多個版本，
也就是一個訪問路徑中能夠存儲多份數據； -
znode 能夠是臨時節點，
一旦建立這個 znode 的客戶端與服務器失去聯繫，這個 znode 也將自動刪除，Zookeeper 的客戶端和服務器通訊採用長鏈接方式，每一個客戶端和服務器經過心跳來保持鏈接，這個鏈接狀態稱爲 session，若是 znode 是臨時節點，這個 session 失效，znode 也就刪除了； -
znode 的
目錄名能夠自動編號，如 App1 已經存在，再建立的話，將會自動命名爲 App2； -
znode
能夠被監控，包括這個目錄節點中存儲的數據的修改，子節點目錄的變化等，一旦變化能夠通知設置監控的客戶端，這個是 Zookeeper 的核心特性，Zookeeper 的不少功能都是基於這個特性實現的，後面在典型的應用場景中會有實例介紹；
znode節點的狀態信息：
使用get命令獲取指定節點的數據時, 同時也將返回該節點的狀態信息, 稱爲Stat. 其包含以下字段:
czxid. 節點建立時的zxid；
mzxid. 節點最新一次更新發生時的zxid；
ctime. 節點建立時的時間戳；
mtime. 節點最新一次更新發生時的時間戳；
dataVersion. 節點數據的更新次數；
cversion. 其子節點的更新次數；
aclVersion. 節點ACL(受權信息)的更新次數；
ephemeralOwner. 若是該節點爲ephemeral節點, ephemeralOwner值表示與該節點綁定的session id. 若是該節點不是 ephemeral節點, ephemeralOwner值爲0. 至於什麼是ephemeral節點；
dataLength. 節點數據的字節數；
numChildren. 子節點個數；
zxid：
znode節點的狀態信息中包含czxid和mzxid, 那麼什麼是zxid呢?
ZooKeeper狀態的每一次改變, 都對應着一個遞增的Transaction id, 該id稱爲zxid. 因爲zxid的遞增性質, 若是zxid1小於zxid2, 那麼zxid1確定先於zxid2發生. 建立任意節點, 或者更新任意節點的數據, 或者刪除任意節點, 都會致使Zookeeper狀態發生改變, 從而致使zxid的值增長.
session：
在client和server通訊以前, 首先須要創建鏈接, 該鏈接稱爲session. 鏈接創建後, 若是發生鏈接超時, 受權失敗, 或者顯式關閉鏈接, 鏈接便處於CLOSED狀態, 此時session結束.
節點類型：
講述節點狀態的ephemeralOwner字段時, 提到過有的節點是ephemeral節點, 而有的並非. 那麼節點都具備哪些類型呢? 每種類型的節點又具備哪些特色呢?
persistent. persistent節點不和特定的session綁定, 不會隨着建立該節點的session的結束而消失, 而是一直存在, 除非該節點被顯式刪除.
ephemeral. ephemeral(臨時)節點是臨時性的, 若是建立該節點的session結束了, 該節點就會被自動刪除. ephemeral節點不能擁有子節點. 雖然ephemeral節點與建立它的session綁定, 但只要該節點沒有被刪除, 其餘session就能夠讀寫該節點中關聯的數據. 使用-e參數指定建立ephemeral節點.
create -e /xing/ei world
sequence. 嚴格的說, sequence(順序)並不是節點類型中的一種. sequence節點既能夠是ephemeral的, 也能夠是persistent的. 建立sequence節點時, ZooKeeper server會在指定的節點名稱後加上一個數字序列, 該數字序列是遞增的. 所以能夠屢次建立相同的sequence節點, 而獲得不一樣的節點. 使用-s參數指定建立sequence節點.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 0] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000001
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 1] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000002
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 2] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000003
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 3] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000004
watch：
watch的意思是監聽感興趣的事件. 在命令行中, 如下幾個命令能夠指定是否監聽相應的事件.
ls命令. ls命令的第一個參數指定znode, 第二個參數若是爲true, 則說明監聽該znode的子節點的增減, 以及該znode自己的刪除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 21] ls /xing true
[]
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 22] create /xing/item item000
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/xing
Created /xing/item
get命令. get命令的第一個參數指定znode, 第二個參數若是爲true, 則說明監聽該znode的更新和刪除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 39] get /xing true
world
cZxid = 0x100000066
ctime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
mZxid = 0x100000066
mtime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
pZxid = 0x100000066
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 5
numChildren = 0
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 40] create /xing/item item000
Created /xing/item
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 41] rmr /xing
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDeleted path:/xing
2 如何使用Zookeeper
Zookeeper 做爲一個分佈式的服務框架，主要用來解決分佈式集羣中應用系統的一致性問題，它能提供基於相似於文件系統的目錄節點樹方式的數據存儲，可是 Zookeeper 並非用來專門存儲數據的，它的做用主要是用來維護和監控你存儲的數據的狀態變化。經過監控這些數據狀態的變化，從而能夠達到基於數據的集羣管理，後面將會詳細介紹 Zookeeper 可以解決的一些典型問題，這裏先介紹一下，Zookeeper 的操做接口和簡單使用示例。
2.1 經常使用接口操做
客戶端要鏈接 Zookeeper 服務器能夠經過建立 org.apache.zookeeper.ZooKeeper 的一個實例對象，而後調用這個類提供的接口來和服務器交互。
前面說了 ZooKeeper 主要是用來維護和監控一個目錄節點樹中存儲的數據的狀態，全部咱們可以操做 ZooKeeper 的也和操做目錄節點樹大致同樣，如建立一個目錄節點，給某個目錄節點設置數據，獲取某個目錄節點的全部子目錄節點，給某個目錄節點設置權限和監控這個目錄節點的狀態變化。
ZooKeeper 基本的操做示例：
public class ZkDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
// 建立一個與服務器的鏈接
ZooKeeper zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2180", 60000, new Watcher() {
// 監控全部被觸發的事件
// 當對目錄節點監控狀態打開時，一旦目錄節點的狀態發生變化，Watcher 對象的 process 方法就會被調用。
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println("EVENT:" + event.getType());
}
});
// 查看根節點
// 獲取指定 path 下的全部子目錄節點，一樣 getChildren方法也有一個重載方法能夠設置特定的 watcher 監控子節點的狀態
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
// 判斷某個 path 是否存在，並設置是否監控這個目錄節點，這裏的 watcher 是在建立 ZooKeeper 實例時指定的 watcher；
// exists方法還有一個重載方法，能夠指定特定的 watcher
if (zk.exists("/node", true) == null) {
// 建立一個給定的目錄節點 path, 並給它設置數據；
// CreateMode 標識有四種形式的目錄節點，分別是：
// PERSISTENT：持久化目錄節點，這個目錄節點存儲的數據不會丟失；
// PERSISTENT_SEQUENTIAL：順序自動編號的目錄節點，這種目錄節點會根據當前已近存在的節點數自動加 1，而後返回給客戶端已經成功建立的目錄節點名；
// EPHEMERAL：臨時目錄節點，一旦建立這個節點的客戶端與服務器端口也就是 session 超時，這種節點會被自動刪除；
// EPHEMERAL_SEQUENTIAL：臨時自動編號節點
zk.create("/node", "conan".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node conan");
// 查看/node節點數據
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
// 查看根節點
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
}
// 建立一個子目錄節點
if (zk.exists("/node/sub1", true) == null) {
zk.create("/node/sub1", "sub1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node/sub1 sub1");
// 查看node節點
System.out.println("ls /node => " + zk.getChildren("/node", true));
}
// 修改節點數據
if (zk.exists("/node", true) != null) {
// 給 path 設置數據，能夠指定這個數據的版本號，若是 version 爲 -1 怎能夠匹配任何版本
zk.setData("/node", "changed".getBytes(), -1);
// 查看/node節點數據
// 獲取這個 path 對應的目錄節點存儲的數據，數據的版本等信息能夠經過 stat 來指定，同時還能夠設置是否監控這個目錄節點數據的狀態
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
}
// 刪除節點
if (zk.exists("/node/sub1", true) != null) {
// 刪除 path 對應的目錄節點，version 爲 -1 能夠匹配任何版本，也就刪除了這個目錄節點全部數據
zk.delete("/node/sub1", -1);
zk.delete("/node", -1);
// 查看根節點
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));