Zookeeper理解

1 Zookeeper介紹

        Zookeeper是一個開源分布式應用協調服務。

簡單來說，zookeeper = 通知機制 + 文件系統

 zookeeper 為什么是奇數    

        zookeeper有這樣一個特性：集群中只要有過半的機器是正常工作的，那么整個集群對外就是可用的。也就是說如果有2個zookeeper，那么只要有1個死了zookeeper就不能用了，因為1沒有過半，所以2個zookeeper的死亡容忍度為0；同理，要是有3個zookeeper，一個死了，還剩下2個正常的，過半了，所以3個zookeeper的容忍度為1。

1.1 主要角色

來自服務器端的

>> 領導者（leader），負責進行投票的發起和決議，更新系統狀態（數據同步），發送心跳。

>> 學習者（learner），包括跟隨者（follower）和觀察者（observer）。

   >> 跟隨者（follower），用于接受客戶端請求、向客戶端返回結果，在選主過程中參與投票。

     >> 觀察者（Observer），可以接受客戶端請求，將寫請求轉發給leader，但observer不參加投票過程，只同步leader的狀態，observer的目的是為了擴展系統，提高讀取速度。

1）leader失效后會在follower中重新選舉新的leader

2）每個follower都和leader有連接，接受leader的數據更新操作

3）客戶端可以連接到每個server，每個server的數據完全相同

4）每個節點的服務Server，記錄事務日志和快照到持久存儲

1.2 工作原理

        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做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）。當服務啟動或者在領導者崩潰后，Zab就進入了恢復模式，恢復模式不接受客戶端請求，當領導者被選舉出來，且大多數Server完成了和leader的狀態同步以后，恢復模式就結束了。狀態同步保證了leader和Server具有相同的系統狀態。

1.2.1 Zookeeper節點數據操作流程

1）寫操作

發起提案 proposal

quorum 法定人數

1）在Client向Follwer 或 Observer 發出一個寫的請求；

2）Follwer 或 Observer 把請求發送給Leader；

3）Leader接收到以后向所有follower發起提案；

4）Follwer收到提案后執行寫操作，然后把操作結果發送給Leader；

5）當多數follower返回提案結果后，leader會commit該提議，通知其他Follower 和 Observer 同步信息；

6）Follwer 或Observer把請求結果返回給Client。

2）讀操作

1）在Client向Follwer 或 Observer 發出一個讀的請求；

2）Follwer 或 Observer 把請求結果返回給Client；

1.3 數據模型

1）ZooKeeper本質上是一個分布式的小文件存儲系統；

2）Zookeeper表現為一個分層的文件系統目錄樹結構（不同于文件系統的是，節點可以有自己的數據，而文件系統中的目錄節點只有子節點），每個節點可以存少量的數據。

3）每個節點稱做一個ZNode。每個ZNode都可以通過其路徑唯一標識。

4）圓形節點可以含有子節點，多邊形節點不能含有子節點。一個節點對應一個應用，節點存儲的數據就是應用需要的信息，比如HA狀態active、standby。

1.4 主要特點

最終一致性：client不論連接到哪個Server，展示給它都是同一個視圖，這是zookeeper最重要的特性；

可靠性：具有簡單、健壯、良好的性能，如果消息被某一臺服務器接受，那么它將被所有的服務器接受；

實時性：Zookeeper保證客戶端將在一個時間間隔范圍內獲得服務器的更新信息，或者服務器失效的信息。 但由于網絡延時等原因，Zookeeper不能保證兩個客戶端能同時得到剛更新的數據，如果需要最新數據，應該在讀數據之前調用sync()接口；

等待無關(wait-free)：慢的或者失效的client，不得干預快速的client的請求，使得每個client都能有效的等待；

原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態；

順序性：按照客戶端發送請求的順序更新數據；

1.5 應用場景

數據發布與訂閱

    應用配置集中到節點上，應用啟動時主動獲取，并在節點上注冊一個watcher，每次配置更新都會通知到應用。

發布訂閱模式

命名空間服務

    分布式命名服務，創建一個節點后，節點的路徑就是全局唯一的，可以作為全局名稱使用。

分布式通知/協調

    不同的系統都監聽同一個節點，一旦有了更新，另一個系統能夠收到通知。

分布式鎖

    Zookeeper能保證數據的強一致性，用戶任何時候都可以相信集群中每個節點的數據都是相同的。一個用戶創建一個節點作為鎖，另一個用戶檢測該節點，如果存在，代表別的用戶已經鎖住，如果不存在，則可以創建一個節點，代表擁有一個鎖。

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集群管理

    每個加入集群的機器都創建一個節點，寫入自己的狀態。監控父節點的用戶會收到通知，進行相應的處理。離開時刪除節點，監控父節點的用戶同樣會收到通知。