Zookeeper的基础知识

1.Zookeeper是什么？

引用官方的说法：“Zookeeper是一个高性能，分布式的，开源分布式应用协调服务。它提供了简单原始的功能，分布式应用可以基于它实现更高级 的服务。它被设计为易于编程，使用文件系统目录树作为数据模型。服务端跑在java上，提供java和C的客户端 API”。

zookeeper可以用来做什么

集群服务，统一命名服务，分布式配置管理，分布式消息队列，分布式锁，分布式通知协调等。

2.Zookeeper总体结构

Leader/Follower

ZooKeeper需要在所有的服务（可以理解为服务器）中选举出一个Leader，然后让这个Leader来负责管理集群。此时，集群中的其它服务器则成为此Leader的Follower。并且，当Leader故障的时候，需要ZooKeeper能够快速地在Follower中选举出下一个Leader。

Observer

Observer是zk集群的另一个角色， observer的行为在大多数情况下与follower完全一致, 但是他们不参加选举和投票, 而仅仅接受(observing)选举和投票的结果.

Zookeeper逻辑图如下：



如上图所示，假设搭建了一个5台server的集群，5台机器根据选举算法，选出一个leader，其他节点就是follower。

选举好leader后会和每个server建立长连接

修改操作：当某个节点收到修改操作时，就会将请求转发给leader，leader有处理机制，修改后同步到每一个follower。

zookeeper集群搭建完成就可以启动客户端，客户端可以连接除leader外的所有节点，建立长连接，客户端任何修改信息都会同步到server上，由leader同步到各个节点

选举：当leader挂掉后就会选举一个新的leader，然后再重新建立连接。完成一次选举大概需要200ms。

zookeeper中的概念

ZNode
zookeeper目录树中每一个节点对应一个Znode。每个Znode维护着一个属性结构，它包含着版本号(dataVersion)，时间戳(ctime,mtime)等状态信息。ZooKeeper正是使用节点的这些特性来实现它的某些特定功能。每当Znode的数据改变时，他相应的版本号将会增加。每当客户端检索数据时，它将同时检索数据的版本号。并且如果一个客户端执行了某个节点的更新或删除操作，他也必须提供要被操作的数据版本号。如果所提供的数据版本号与实际不匹配，那么这个操作将会失败。

Session
Client与ZooKeeper之间的通信，需要创建一个Session，这个Session会有一个超时时间。因为ZooKeeper集群会把Client的Session信息持久化，所以在Session没超时之前，Client与ZooKeeper Server的连接可以在各个ZooKeeper Server之间透明地移动。

在实际的应用中，如果Client与Server之间的通信足够频繁，Session的维护就不需要其它额外的消息了。否则，ZooKeeper Client会每t/3 ms发一次心跳给Server，如果Client 2t/3 ms没收到来自Server的心跳回应，就会换到一个新的ZooKeeper Server上。这里t是用户配置的Session的超时时间。

Watcher
ZooKeeper支持一种Watch操作，Client可以在某个ZNode上设置一个Watcher，来Watch该ZNode上的变化。如果该ZNode上有相应的变化，就会触发这个Watcher，把相应的事件通知给设置Watcher的Client。

3.Zookeeper数据模型

zookeeper文件系统

zookeeper维护一个类似文件系统的数据结构

Zookeeper表现为一个分层的文件系统目录树结构（不同于文件系统的是，节点可以有自己的数据，而文件系统中的目录节点只有子节点）。

由根目录和各个子目录组成，每一个子目录称为znode，znode类似文件夹，但是znode可以存储数据

znode分为4中类型

1.持久化节点

所谓持久节点，是指在节点创建后，就一直存在，直到有删除操作来主动清除这个节点——不会因为创建该节点的客户端会话失效而消失。

2.持久化顺序节点

这类节点的基本特性和上面的节点类型是一致的。额外的特性是，在ZK中，每个父节点会为他的第一级子节点维护一份时序，会记录每个子节点创建的先后顺序。基于这个特性，在创建子节点的时候，可以设置这个属性，那么在创建节点过程中，ZK会自动为给定节点名加上一个数字后缀，作为新的节点名。这个数字后缀的范围是整型的最大值。

3.临时节点

这类节点的基本特性和上面的节点类型是一致的。额外的特性是，在ZK中，每个父节点会为他的第一级子节点维护一份时序，会记录每个子节点创建的先后顺序。基于这个特性，在创建子节点的时候，可以设置这个属性，那么在创建节点过程中，ZK会自动为给定节点名加上一个数字后缀，作为新的节点名。这个数字后缀的范围是整型的最大值。

4.临时顺序节点

可以用来实现分布式锁

客户端调用create()方法创建名为“_locknode_/guid-lock-”的节点，需要注意的是，这里节点的创建类型需要设置为EPHEMERAL_SEQUENTIAL。
客户端调用getChildren(“_locknode_”)方法来获取所有已经创建的子节点，注意，这里不注册任何Watcher。
客户端获取到所有子节点path之后，如果发现自己在步骤1中创建的节点序号最小，那么就认为这个客户端获得了锁。
如果在步骤3中发现自己并非所有子节点中最小的，说明自己还没有获取到锁。此时客户端需要找到比自己小的那个节点，然后对其调用exist()方法，同时注册事件监听。
之后当这个被关注的节点被移除了，客户端会收到相应的通知。这个时候客户端需要再次调用getChildren(“_locknode_”)方法来获取所有已经创建的子节点，确保自己确实是最小的节点了，然后进入步骤3。

通知机制

ZooKeeper支持一种Watch操作，Client可以在某个ZNode上设置一个Watcher，来Watch该ZNode上的变化。如果该ZNode上有相应的变化，就会触发这个Watcher，把相应的事件通知给设置Watcher的Client。需要注意的是，ZooKeeper中的Watcher是一次性的，即触发一次就会被取消，如果想继续Watch的话，需要客户端重新设置Watcher。这个跟epoll里的oneshot模式有点类似。