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01.课程介绍

ZooKeeper官网

ZooKeeper 3.4 Documentation

02.概述

Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的 Apache 项目。

ZooKeeper is a centralized service for maintaining configuration information, naming, providing distributed synchronization, and providing group services. All of these kinds of services are used in some form or another by distributed applications. Each time they are implemented there is a lot of work that goes into fixing the bugs and race conditions that are inevitable. Because of the difficulty of implementing these kinds of services, applications initially usually skimp on them, which make them brittle in the presence of change and difficult to manage. Even when done correctly, different implementations of these services lead to management complexity when the applications are deployed.

ZooKeeper是一个集中服务，用于维护配置信息、命名、提供分布式同步和提供组服务。所有这些类型的服务都以某种形式被分布式应用程序使用。每次实现它们时，都要进行大量的工作来修复不可避免的bug和竞争条件。由于实现这类服务的困难，应用程序最初通常会忽略它们，这使得它们在发生变化时变得脆弱，并且难以管理。即使操作正确，在部署应用程序时，这些服务的不同实现也会导致管理复杂性。

Zookeeper从设计模式角度来理解：是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。

1. 服务端启动时去注册信息（创建都是临时节点）
2. 获取到当前在线服务器列表，并且注册监听
3. 服务器节点下线
4. 服务器节点上下线事件通知
5. 重新再去获取服务器列表，并注册监听

一言蔽之：ZooKeeper = 文件系统 + 通知机制

03.特点

1. Zookeeper：一个领导者（Leader，多个跟随者（Follower组成的集群。
2. 集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。
3. 全局数据一致：每个Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server，数据都是一致的。
4. 更新请求顺序进行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行。
5. 数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
6. 实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

04.数据结构

ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树， 每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据， 每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

05.应用场景

提供的服务包括：

1. 统一命名服务
2. 统一配置管理
3. 统一集群管理
4. 服务器节点动态上下线
5. 软负载均衡
6. …

统一命名服务

在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。

例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

统一配置管理

1. 分布式环境下，配置文件同步非常常见
   1. 一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如Kafka集群
   2. 对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上
2. 配置管理可交由ZooKeeper实现
   1. 可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode
   2. 各个客户端服务器监听这个Znode
   3. 一旦Znode中的数据被修改， ZooKeeper将通知各个客户端服务器

统一集群管理

1. 分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的
   1. 可根据节点实时状态做出一些调整
2. ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化
   1. 可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode
   2. 监听这个ZNode可获取它的实时状态变化

服务器动态上下线

客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。

软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数， 让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。

06.下载地址

在下载地址下载zookeeper-3.4.14。

07.本地模式安装

Linux下安装

略

Windows下安装

安装前准备

• 安装JDK
• 将压缩包解压缩到C:\ZooKeeper\路径下，最后得C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14

配置修改

• 在C:\ZooKeeper\路径下创建新文件夹data
• 在C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14\conf中的zoo-sample.conf更名为zoo.cfg
• 用文本编辑器打开zoo.cfg，将dataDir=/tmp/zookeeper改成dataDir=C:\\ZooKeeper\\data

操作 Zookeeper

• 运行C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14\bin\zkServer.cmd
• 运行C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14\bin\zkCli.cmd，若命令行窗口含有Welcome to ZooKeeper!，表示安装成功，输入quit退出zkCli.cmd。

08.配置参数解读

Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下：

1. tickTime=2000： 通信心跳数， Zookeeper 服务器与客户端心跳时间，单位毫秒
   
   Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。
   
   它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。 (session的最小超时时间是2*tickTime)
2. initLimit=10： LF 初始通信时限
   
   集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。
3. syncLimit=5： LF 同步通信时限
   
   集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime， Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。
4. dataDir：数据文件目录+数据持久化路径
   
   主要用于保存 Zookeeper 中的数据。
5. clientPort =2181：客户端连接端口
   
   监听客户端连接的端口。

09.选举机制

面试重点

1. 半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以 Zookeeper 适合安装奇数台服务器。例如，5台服务器有3台存活，集群可用，而只有2台存活，集群不可用。
2. Zookeeper 虽然在配置文件中并没有指定 Master 和 Slave。 但是， Zookeeper 工作时，是有一个节点为 Leader，其他则为 Follower， Leader 是通过内部的选举机制临时产生的。
3. 以一个简单的例子来说明整个选举的过程。

假设有五台服务器组成的 Zookeeper 集群，它们的 id 从 1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么，如下图所示。

1. 服务器 1 启动， 发起一次选举。服务器 1 投自己一票。此时服务器 1 票数一票，不够半数以上（3 票），选举无法完成，服务器 1 状态保持为 LOOKING；
2. 服务器 2 启动， 再发起一次选举。服务器 1 和 2 分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器 1 发现服务器 2 的 ID 比自己目前投票推举的（服务器 1）大，更改选票为推举服务器 2。此时服务器 1 票数 0 票，服务器 2 票数 2 票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器 1， 2 状态保持 LOOKING
3. 服务器 3 启动， 发起一次选举。此时服务器 1 和 2 都会更改选票为服务器 3。此次投票结果：服务器 1 为 0 票，服务器 2 为 0 票，服务器 3 为 3 票。此时服务器 3 的票数已经超过半数，服务器 3 当选 Leader。服务器 1， 2 更改状态为 FOLLOWING，服务器 3 更改状态为 LEADING；
4. 服务器 4 启动， 发起一次选举。此时服务器 1， 2， 3 已经不是 LOOKING 状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器 3 为 3 票，服务器 4 为 1 票。此时服务器 4服从多数，更改选票信息为服务器 3，并更改状态为 FOLLOWING；
5. 服务器 5 启动，同 4 一样当小弟。

10.节点类型

• 持久（Persistent）：客户端和服务器端断开连接后， 创建的节点不删除
• 短暂（Ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后， 创建的节点自己删除

ephemeral 英 [ɪˈfemərəl] 美 [ɪˈfemərəl]
adj.
短暂的;瞬息的

1. 持久化目录节点 客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
2. 持久化顺序编号目录节点 客户端与Zookeeper断开连接后， 该节点依旧存在， 只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
3. 临时目录节点 客户端与Zookeeper断开连接后， 该节点被删除
4. 临时顺序编号目录节点 客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

说明：创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护

注意：在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序， 这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序

11.分布式安装

在Linux上分布安装

略

在Windows上分布安装

在单机上实现伪集群。

创建配置文件

• 在C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14\conf\新建文件夹cluster
• 在C:\ZooKeeper\zookeeper-3.4.14\conf\cluster创建新文件，命名为zoo1.cfg，将下面内容复制到zoo1.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=C:\\ZooKeeper\\data\\cluster\\1
dataLogDir=C:\\ZooKeeper\\log\\cluster\\1
clientPort=2182
server.1=127.0.0.1:2887:3887   
server.2=127.0.0.1:2888:3888   
server.3=127.0.0.1:2889:3889

• 在%ZOOKEEPER_HOME%\conf\cluster创建新文件，命名为zoo2.cfg，将下面内容复制到zoo2.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=C:\\ZooKeeper\\data\\cluster\\2
dataLogDir=C:\\ZooKeeper\\log\\cluster\\2
clientPort=2183
server.1=127.0.0.1:2887:3887   
server.2=127.0.0.1:2888:3888   
server.3=127.0.0.1:2889:3889

• 在%ZOOKEEPER_HOME%\conf\cluster创建新文件，命名为zoo3.cfg，将下面内容复制到zoo3.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=C:\\ZooKeeper\\data\\cluster\\3
dataLogDir=C:\\ZooKeeper\\log\\cluster\\3
clientPort=2184
server.1=127.0.0.1:2887:3887   
server.2=127.0.0.1:2888:3888   
server.3=127.0.0.1:2889:3889

配置参数解读

server.A=B:C:D

• A 是一个数字，表示这个是第几号服务器；
  集群模式下配置一个文件 myid， 这个文件在 dataDir 目录下，这个文件里面有一个数据就是 A 的值， Zookeeper 启动时读取此文件，拿到里面的数据与 zoo.cfg 里面的配置信息比
  较从而判断到底是哪个 server。
• B 是这个服务器的IP地址；
• C 是这个服务器 Follower 与集群中的 Leader 服务器交换信息的端口；
• D 是万一集群中的 Leader 服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

创建新文件夹和新文件

• 在C:\\ZooKeeper\\data\\cluster\\分别创建名为1、2、