ZooKeeper 概念與基礎

信息飛速膨脹，不少應用沒法依賴單個服務器處理龐大的數據量。因爲分佈式系統和應用能夠提供更強的計算能力，還能更好地容災和擴展，因此逐漸受到青睞。

在開發分佈式應用時，一般須要花費大量時間和精力來處理異構系統中的協做通訊問題。

什麼是 ZooKeeper

ZooKeeper 專一於任務協做，能爲大型分佈式系統提供可靠的協做處理能力，簡化開發流程，讓開發人員更專一於應用自己的邏輯。

ZooKeeper 具備 C-S 結構，在使用時，開發的應用能夠看作爲鏈接到 ZooKeeper 服務器的客戶端，經過客戶端 API 進行操做，保障強一致性、有序性和持久性，具備實現同步原語的能力，提供簡單的併發處理機制。常見的用法如：選舉主節點、崩潰檢測、存儲元數據等。

注意，ZooKeeper 不適用於海量信息存儲，設計應用時最好將應用數據與協同數據分開，使用數據庫、分佈式文件系統等存儲應用數據。

ZooKeeper 基礎

由若干條指令組成，用於完成特定功能的過程稱爲原語。

爲了保證靈活性，ZooKeeper 不直接提供原語，而是暴露出相似文件系統的 API，讓開發人員經過 API 實現本身的原語，一般使用菜譜（ recipes ）來表示原語的實現。

ZooKeeper 操做和維護的爲一個個數據節點，稱爲 znode，採用相似文件系統的層級樹狀結構進行管理。若是 znode 節點包含數據則存儲爲字節數組（byte array）。

API 概述

ZooKeeper 暴露以下 API：

• create /path data 建立節點幷包含數據
• delete /path 刪除節點
• exists /path 檢查節點是否存在
• setData /path data 設置節點數據
• getData /path 獲取節點數據
• getChildren /path 獲取子節點列表

ZooKeeper 不容許局部讀取或寫入數據，讀取時會將節點數據所有讀取，寫入時會整個替換。

節點類型

建立 znode 時須要指定節點類型，節點的類型會影響其行爲方式。

znode 分爲持久節點和臨時節點。持久節點只有經過調用 delete API 才能刪除；臨時節點在客戶端崩潰或關閉與 ZooKeeper 服務器鏈接時就會被刪除，調用 delete API 也能刪除臨時節點。

znode 可設置爲有序節點。有序節點在建立時會分配一個整數序號追加到路徑以後，如建立 /tasks/task- 有序節點，追加整數後節點路徑爲 /tasks/task-1 。

綜上，znode 共有 4 種類型，分別爲：持久（無序）、臨時（無序）、持久有序和臨時有序。

監聽通知

ZooKeeper 一般以遠程服務的方式被訪問，在數據不發生變化時頻繁地訪問代價較大，ZooKeeper 的通知機制能夠代替客戶端的輪訓。

客戶端經過設置監視點（watcher）向 ZooKeeper 註冊須要接收通知的 znode，在 znode 發生變化時 ZooKeeper 向客戶端發送消息。

通知機制是單次觸發的操做，如需不斷監聽 znode 的變化，須要在接收到 znode 變動時設置新的監視點。

監視點有多種類型，如監控 znode 數據變化、監控 znode 子節點變化、監控 znode 建立或刪除。

版本匹配

每一個 znode 都有一個隨數據變化而自增的版本號，多個寫入操做會有條件的執行。寫入操做會將版本號做爲參數，當與服務器上版本號一致時纔會調用成功，這點在多個客戶端對同一個 znode 進行操做時很重要。

仲裁模式

只有一臺單獨的 ZooKeeper 服務器時爲獨立模式，狀態沒法複製。具備一組 ZooKeeper 服務器時爲仲裁模式，仲裁模式下各個服務器間進行狀態的複製，同時服務於客戶端的請求。

仲裁模式下，若是讓客戶端等待全部服務器完成數據保存再繼續，延遲問題就會很大，ZooKeeper 經過法定人數肯定工做時必須有效運行的服務器最小數量。若是有 5 臺服務器，任意 3 臺服務器保存了數據，客戶端就能夠繼續工做。其餘 2 臺服務器最終也會捕獲到數據進行保存。

服務器的個數應該爲奇數，若有 5 臺服務器，則最多容許 2 臺崩潰。假如服務器個數爲偶數，容許崩潰的服務器數量不會增長，法定人數卻更大，須要更多的確認操做。

開始使用 ZooKeeper

開始使用 ZooKeeper 以前，須要 下載 ZooKeeper 發行包 。解壓 tar 格式的壓縮文件，bin 目錄下有啓動 ZooKeeper 的腳本，conf 目錄下存放着 ZooKeeper 的配置文件，lib 目錄下存放着一些運行所需的第三方文件。

啓動服務器

在 ZooKeeper 目錄下執行如下命令啓動 ZooKeeper 服務器。

$ bin/zkServer.sh start

啓動客戶端

$ bin/zkCli.sh

列出根節點下的全部節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zookeeper]

建立節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /test ""
Created /test
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /
[zookeeper, test]

刪除節點

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] delete /test
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /
[zookeeper]

退出客戶端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] quit
Quitting...
2018-05-02 15:58:34,004 [myid:] - INFO  [main:ZooKeeper@684] - Session: 0x1630a0cdc400001 closed
2018-05-02 15:58:34,006 [myid:] - INFO  [main-EventThread:ClientCnxn$EventThread@519] - EventThread shut down for session: 0x1630a0cdc400001

關閉服務器

$ bin/zkServer.sh stop