zookeeper（一）

基礎概念

分佈式協調技術

分佈式協調技術，主要用來解決分佈式環境中多個線程間的同步控制，讓他們有序的訪問某種臨界資源，防止形成「髒數據」的後果。

分佈式鎖

分佈式環境中，經過鎖機制保證多個進程可以有序的訪問的某種臨界資源，該鎖機制稱之爲分佈式鎖。分佈式鎖是分佈式協調技術中的核心內容。

分佈式鎖的實現

面臨的問題

分佈式環境中，各機器經過網絡實現資源共享和數據互通。問題就出在網絡這，由於網絡是不可靠的。

• 由於網絡的不可靠，服務調用失敗並不表示必定是失敗的，也多是執行成功了（響應返回時失敗了）
• A、B都去調用服務C，時間上A比B早一點，最後的結果不必定是A的請求先於B到達
• 爲了提高可靠性，分佈式環境中會部署多套服務，如何實現多套服務的一致性

分佈式鎖的實現者

• Google的Chubby，非開源，Google自家用
• Apache的zookeeper，開源

zookeeper概述

zookeeper，爲分佈式應用設計的高可用、高性能且一致的開源協調服務，提供了一項基本服務：分佈式鎖服務。因爲zookeeper的開源特性，在分佈式鎖的基礎上，提升了：配置維護、組服務、分佈式消息隊列、分佈式通知/協調等。

備註：

• zk的性能特色，決定了它能夠用在大型的、分佈式的系統當中
• 可靠性而言，zk不會由於一個節點的錯誤而崩潰
• zk提供嚴格的序列訪問控制，意味着複雜的控制原語能夠應用在客戶端上

zk的設計實現

zookeeper提供的服務主要是經過：數據結構 + 原語 + 通知機制，三部分實現的：

• znode，數據結構
• 原語，關於znode數據結構的操做集
• 通知機制（Wather）

ZK的數據模型

Znode模型

Znode結構

Zookeeper命名空間中的Znode，兼具文件和目錄兩種特色。既像文件同樣維護着數據、元信息、ACL、時間戳等數據結構，又像目錄同樣能夠做爲路徑標識的一部分。每個Znode由3部分組成：

1. stat：狀態信息，描述該Znode的版本、權限等信息
2. data：與該Znode關聯的數據
3. children：該znode下的子節點

zk雖然能夠關聯一些數據，但並無被設計爲常規的數據庫或者大數據存儲，相反的是，它用來管理調度數據，好比分佈式應用中的配置文件信息、狀態信息、聚集位置等等。這些數據的共性都是很小的數據，一般以KB爲大小爲單位

數據訪問

zk中每一個節點znode存儲的數據要被原子性的操做，即讀操做將獲取節點相關的全部數據，寫操做也將替換掉節點的全部數據。

此外，每個節點都擁有本身的ACL（訪問控制列表），規定了用戶的權限，限定了用戶對目標節點的可執行操做。

節點類型

ZK的節點有兩種，分別爲臨時節點和永久節點。節點的類型在節點建立時即被肯定，而且不能被改變。

• 臨時節點，該節點的生命週期取決於它們的會話。一旦會話結束，臨時節點將被自動刪除，固然也能夠手動刪除。雖然每一個臨時節點都會綁定到一個客戶端會話，但它對其餘客戶端都是可見的。另外，zk的臨時節點不容許擁有子節點。

• 永久節點，該節點的生命週期不依賴於會話，而且只有在客戶端顯示執行刪除操做的時候，才能被刪除

順序節點

建立Znode時，用戶能夠請求在zk的路徑結尾添加一個遞增的計數器。這個計數對於此節點的父節點來講是惟一的，它的格式爲「%10d」（10爲數字，沒有數值的位數用0填充，例如0000000001）。

觀察

客戶端能夠在節點上設置watcher，稱之爲監視器。當節點狀態發生改變時（znode的增刪改操做）將會觸發watcher所對應的操做。當Watcher被觸發時，zk將會向客戶端發送且僅發送一條通知，由於watcher只能被觸發一次，以減小網絡流量。

zookeeper中的時間記錄

zk中有多種記錄時間的格式，其中包含如下幾個主要屬性：

1. Zxid時間戳 導致Znode節點狀態改變的每個操做，都將使節點接收到一個Zxid格式的時間戳，而且該時間戳全局有序。若是Zxid1小於Zxid2，那麼Zxid1所對應的事件，早於Zxid2事件發生。

Znode維護着三個Zxid，分別爲：cZxid、mZxid、pZxid * cZxid，建立節點對應的Zxid時間戳 * mZxid，修改節點對應的Zxid時間戳 * pZxid，最新修改的Zxid，貌似與mZxid重合了

實現中，Zxid是一個64位的數字，其中高32位表明epoch，用來標識leader關係是否改變，每一次leader選舉，都會有一個新的epoch；低32位是個遞增計數。

2. 版本號 對節點的每個操做，都將導致這個節點的版本號增長。每一個節點維護着三個版本號，分別位：
   • version：節點數據版本號
   • cversion：子節點版本號
   • aversion：節點所擁有的ACL版本號

Znode節點屬性

zk中每一個Znode節點擁有表示其狀態的許多重要屬性，以下圖所示：

Zookeeper服務中操做

zk中提供了9個基本操做，如圖所示：

Watch觸發器

Watch概述

ZK提供爲全部的讀操做設置Watch，包括exists()、getChildren()及getData()。Watch事件是一次性的觸發器，當Watch的對象狀態發生改變時，將會觸發此對象上watch事件。Watch事件被異步地發送給客戶端，而且ZK爲watch機制提供了有序的一致性保證。