Zookeeper是什麼？

時間 2019-11-12

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Zookeeper是一個分佈式應用程序協調服務。是Google的Chubby一個開源的實現，它是集羣的管理者，監視着集羣中各個節點的狀態根據節點提交的反饋進行下一步合理操做，最終，將簡單易用的接口和性能高效、功能穩定的系統提供給用戶。node

Zookeeper作了什麼？算法

1.命名服務服務器

2.配置管理網絡

3.集羣管理session

4.分佈式鎖框架

5.隊列管理分佈式

Zookeeper的設計目的性能

1.最終一致性：Client不論鏈接到哪一個Server，展現給它都是同一個視圖；線程

2.可靠性：具備簡單、健壯、良好的性能，若是消息被一臺服務器接收，那麼它將被全部的服務器接收；設計

3.實時性：Zookeeper保證客戶端將在一個時間間隔範圍內得到服務器的更新信息，或者服務器失效的信息。但因爲網絡延時等緣由，Zookeeper不能保證兩個客戶端能同時獲得更新的數據；若是須要最新數據，應該讀數據以前調用sync()接口；

4.等待無關：慢的或者失效的Client不得干預快速的Client請求，使得每一個Client都能有效的等待；

5.原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態；

6.順序性：包括全局有序和偏序兩種；全局有序是指若是在一臺服務器上消息a在消息b前發佈，則在全部Server上消息a都將在消息b前被髮布；偏序是指若是一個消息b在消息a後被同一個發送者發佈，a必將排在b前面；

Zookeeper工做原理

Zookeeper的核心是原子廣播，這個機制保證了各個Server之間的同步；實現這個機制的協議叫作Zab協議。Zab協議有兩種模式，它們分別是恢復模式（選主）和廣播模式（同步），當服務啓動或者在Leader奔潰後，Zab就進入恢復模式，當Leader被選舉出來，且大多數Server完成了和Leader的狀態同步之後，恢復模式就結束了。狀態同步保證了Leader和Server具備相同的系統狀態。

爲了保證事務的順序一致性，Zookeeper採用了遞增的事務id號（ZXID）來標識事務，全部的提議都在被提出的時候加上了ZXID,實現中Zxid是一個64位的數字，它高32位是epoch來標識Leader關係是否改變，每一個一個Leader被選出來，它都會有一個新的epoch,標識當前屬於那個Leader的統治時期，低32位用於遞增計數。

Zookeeper角色描述

Zookeeper 下 Server工做狀態

角色	描述
LOOKING	當前Server不知道leader是誰，正在搜尋
FOLLOWING	leader已經選舉出來，當前Server與之同步
LEADING	當前Server即爲選舉出來的leader

Zookeeper選主流程(basic paxos)

當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢復模式，恢復模式須要從新選舉出一個新的leader，讓全部的Server都恢復到一個正確的狀態。Zk的選舉算法有兩種：一種是基於basic paxos實現的，另一種是基於fast paxos算法實現的。系統默認的選舉算法爲fast paxos。

1.選舉線程由當前Server發起選舉的線程擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，並選出推薦的Server；

2.選舉線程首先向全部Server發起一次詢問(包括本身)；

3.選舉線程收到回覆後，驗證是不是本身發起的詢問(驗證zxid是否一致)，而後獲取對方的id(myid)，並存儲到當前詢問對象列表中，最後獲取對方提議的leader相關信息(id,zxid)，並將這些信息存儲到當次選舉的投票記錄表中；

4.收到全部Server回覆之後，就計算出zxid最大的那個Server，並將這個Server相關信息設置成下一次要投票的Server；

5.線程將當前zxid最大的Server設置爲當前Server要推薦的Leader，若是此時獲勝的Server得到n/2 + 1的Server票數，設置當前推薦的leader爲獲勝的Server，將根據獲勝的Server相關信息設置本身的狀態，不然，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。經過流程分析咱們能夠得出：要使Leader得到多數Server的支持，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. 每一個Server啓動後都會重複以上流程。在恢復模式下，若是是剛從崩潰狀態恢復的或者剛啓動的server還會從磁盤快照中恢復數據和會話信息，zk會記錄事務日誌並按期進行快照，方便在恢復時進行狀態恢復。選主的具體流程圖所示：

Zookeeper選主流程（fast paxos）

fast paxos流程是在選舉過程當中，某Server首先向全部Server提議本身要成爲leader，當其它Server收到提議之後，解決epoch和 zxid的衝突，並接受對方的提議，而後向對方發送接受提議完成的消息，重複這個流程，最後必定能選舉出Leader。

Zookeeper同步流程

選完Leader之後，zk就進入狀態同步過程。

Leader等待server鏈接；

2 .Follower鏈接leader，將最大的zxid發送給leader；

3 .Leader根據follower的zxid肯定同步點；

4 .完成同步後通知follower 已經成爲uptodate狀態；

5 .Follower收到uptodate消息後，又能夠從新接受client的請求進行服務了。

Zookeeper工做流程-Leader1 .恢復數據；

2 .維持與Learner的心跳，接收Learner請求並判斷Learner的請求消息類型；

3 .Learner的消息類型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根據不一樣的消息類型，進行不一樣的處理。

PING 消息是指Learner的心跳信息；

REQUEST消息是Follower發送的提議信息，包括寫請求及同步請求；

ACK消息是 Follower的對提議的回覆，超過半數的Follower經過，則commit該提議；

REVALIDATE消息是用來延長SESSION有效時間。

Zookeeper工做流程-Follower

Follower主要有四個功能：

1.向Leader發送請求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；

2.接收Leader消息並進行處理；

3.接收Client的請求，若是爲寫請求，發送給Leader進行投票；

4.返回Client結果。

Follower的消息循環處理以下幾種來自Leader的消息：

1 .PING消息：心跳消息；

2 .PROPOSAL消息：Leader發起的提案，要求Follower投票；

3 .COMMIT消息：服務器端最新一次提案的信息；

4 .UPTODATE消息：代表同步完成；

5 .REVALIDATE消息：根據Leader的REVALIDATE結果，關閉待revalidate的session仍是容許其接受消息；

6 .SYNC消息：返回SYNC結果到客戶端，這個消息最初由客戶端發起，用來強制獲得最新的更新。

Zookeeper的應用場景

1.分佈式鎖

這是雅虎研究員設計Zookeeper的初衷。利用Zookeeper的臨時順序節點，能夠輕鬆實現分佈式鎖。

2.服務註冊和發現

利用Znode和Watcher，能夠實現分佈式服務的註冊和發現。最著名的應用就是阿里的分佈式RPC框架Dubbo。

3.共享配置和狀態信息

Redis的分佈式解決方案Codis，就利用了Zookeeper來存放數據路由表和 codis-proxy 節點的元信息。同時 codis-config 發起的命令都會經過 ZooKeeper 同步到各個存活的 codis-proxy。