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需积分: 0 20 浏览量更新于2024-03-19 收藏 6KB ZIP 举报

Zookeeper是Apache软件基金会的一个开源项目，它是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务。这个服务提供了可靠的分布式协调机制，使得分布式系统的开发变得更加简单。Zookeeper的主要目标是简化分布式环境下的数据管理、配置管理、命名服务、分布式同步、组服务等任务。 **1. Zookeeper的核心概念** - **节点（Znode）**: Zookeeper的数据存储结构类似文件系统，由一系列节点（Znode）组成。每个节点可以存储数据，并且拥有唯一的路径标识，类似于文件系统的路径。Znode分为临时节点和永久节点，临时节点在创建它的客户端断开连接后会被自动删除，而永久节点则不会。 - **会话（Session）**: 客户端与Zookeeper服务器建立的连接称为会话。会话期间，服务器会监控客户端的状态，如果客户端断开连接，会话将结束，与之相关的临时节点也会被删除。 - **Watcher**: Watcher是Zookeeper中的一个强大特性，它允许客户端注册监听特定的Znode事件，如数据更改、状态变化等。当这些事件发生时，Zookeeper会主动通知客户端。 - **原子操作**: Zookeeper的所有操作都是原子性的，这意味着一次操作要么全部完成，要么完全不执行。这保证了在分布式环境中的一致性。 - **顺序一致性**: Zookeeper保证所有客户端看到的数据版本是一致的，无论它们读取数据的顺序如何。 **2. Zookeeper的应用场景** - **配置管理**: 分布式系统中的配置管理往往复杂且容易出错，Zookeeper可以作为一个集中式的配置存储，所有节点都能获取到最新的配置信息。 - **命名服务**: 通过Zookeeper，分布式系统中的组件可以注册并查找服务，实现服务发现。 - **分布式锁**: Zookeeper可以用来实现分布式锁，确保在多节点环境下对共享资源的互斥访问。 - **集群管理**: 可以通过Zookeeper来监控和管理分布式集群的状态，例如监控节点的加入和离开。 - **分布式队列**: Zookeeper支持FIFO（先进先出）队列的实现，用于协调分布式任务的执行。 **3. Zookeeper的工作流程** Zookeeper集群通常由多个服务器节点组成，每个节点都保存整个数据树的副本。当客户端请求更新或读取数据时，请求会路由到集群中的一个服务器，该服务器将与集群内的其他节点进行通信以保证数据一致性。如果服务器出现故障，Zookeeper的选举机制会选举新的领导者，保证服务的高可用性。总结来说，Zookeeper是分布式系统中的一个重要组件，通过其强大的数据模型和协调机制，能够帮助开发者解决许多分布式环境下的复杂问题，提高系统的稳定性和可扩展性。了解和掌握Zookeeper的核心概念和应用场景，对于进行分布式系统的设计和开发具有重要意义。

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<!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="utf-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>【无标题】</title> <link rel="stylesheet" href="https://stackedit.io/style.css" /> </head> <body class="stackedit"> <div class="stackedit__html"><h1><a id="Zookeeper_0"></a>Zookeeper简介及核心概念</h1> <nav> <a href="#一Zookeeper简介">一、Zookeeper简介</a><br> <a href="#二Zookeeper设计目标">二、Zookeeper设计目标</a><br> <a href="#三核心概念">三、核心概念</a><br>         <a href="#31-集群角色">3.1 集群角色</a><br>         <a href="#32-会话">3.2 会话</a><br>         <a href="#33-数据节点">3.3 数据节点</a><br>         <a href="#34-节点信息">3.4 节点信息</a><br>         <a href="#35-Watcher">3.5 Watcher</a><br>         <a href="#36-ACL">3.6 ACL</a><br> <a href="#四ZAB协议">四、ZAB协议</a><br>         <a href="#41-ZAB协议与数据一致性">4.1 ZAB协议与数据一致性</a><br>         <a href="#42--ZAB协议的内容">4.2 ZAB协议的内容</a><br> <a href="#五Zookeeper的典型应用场景">五、Zookeeper的典型应用场景</a><br>         <a href="#51数据的发布订阅">5.1数据的发布/订阅</a><br>         <a href="#52-命名服务">5.2 命名服务</a><br>         <a href="#53-Master选举">5.3 Master选举</a><br>         <a href="#54-分布式锁">5.4 分布式锁</a><br>         <a href="#55-集群管理">5.5 集群管理</a><br> </nav> <h2><a id="Zookeeper_24"></a>一、Zookeeper简介</h2> <p>Zookeeper 是一个开源的分布式协调服务，目前由 Apache 进行维护。Zookeeper 可以用于实现分布式系统中常见的发布/订阅、负载均衡、命令服务、分布式协调/通知、集群管理、Master 选举、分布式锁和分布式队列等功能。它具有以下特性：</p> <ul> <li><strong>顺序一致性</strong>：从一个客户端发起的事务请求，最终都会严格按照其发起顺序被应用到 Zookeeper 中；</li> <li><strong>原子性</strong>：所有事务请求的处理结果在整个集群中所有机器上都是一致的；不存在部分机器应用了该事务，而另一部分没有应用的情况；</li> <li><strong>单一视图</strong>：所有客户端看到的服务端数据模型都是一致的；</li> <li><strong>可靠性</strong>：一旦服务端成功应用了一个事务，则其引起的改变会一直保留，直到被另外一个事务所更改；</li> <li><strong>实时性</strong>：一旦一个事务被成功应用后，Zookeeper 可以保证客户端立即可以读取到这个事务变更后的最新状态的数据。</li> </ul> <h2><a id="Zookeeper_36"></a>二、Zookeeper设计目标</h2> <p>Zookeeper 致力于为那些高吞吐的大型分布式系统提供一个高性能、高可用、且具有严格顺序访问控制能力的分布式协调服务。它具有以下四个目标：</p> <h3><a id="21__40"></a>2.1 目标一：简单的数据模型</h3> <p>Zookeeper 通过树形结构来存储数据，它由一系列被称为 ZNode 的数据节点组成，类似于常见的文件系统。不过和常见的文件系统不同，Zookeeper 将数据全量存储在内存中，以此来实现高吞吐，减少访问延迟。</p> <p><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/direct/d4b8f89ffa1a41bca94a743364c78fb9.png" alt="在这里插入图片描述"></p> <h3><a id="22__47"></a>2.2 目标二：构建集群</h3> <p>可以由一组 Zookeeper 服务构成 Zookeeper 集群，集群中每台机器都会单独在内存中维护自身的状态，并且每台机器之间都保持着通讯，只要集群中有半数机器能够正常工作，那么整个集群就可以正常提供服务。</p> <p><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/direct/c3bef9aaa0d9441887aa201b6a3b7018.png" alt=" "></p> <h3><a id="23__54"></a>2.3 目标三：顺序访问</h3> <p>对于来自客户端的每个更新请求，Zookeeper 都会分配一个全局唯一的递增 ID，这个 ID 反映了所有事务请求的先后顺序。</p> <h3><a id="24__58"></a>2.4 目标四：高性能高可用</h3> <p>ZooKeeper 将数据存全量储在内存中以保持高性能，并通过服务集群来实现高可用，由于 Zookeeper 的所有更新和删除都是基于事务的，所以其在读多写少的应用场景中有着很高的性能表现。</p> <p><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/direct/46b8ce5a94da4a16bf4bc56a8f75859d.png" alt="在这里插入图片描述"></p> <h2><a id="_65"></a>三、核心概念</h2> <h3><a id="31__67"></a>3.1 集群角色</h3> <p>Zookeeper 集群中的机器分为以下三种角色：</p> <ul> <li><strong>Leader</strong> ：为客户端提供读写服务，并维护集群状态，它是由集群选举所产生的；</li> <li><strong>Follower</strong> ：为客户端提供读写服务，并定期向 Leader 汇报自己的节点状态。同时也参与写操作“过半写成功”的策略和 Leader 的选举；</li> <li><strong>Observer</strong> ：为客户端提供读写服务，并定期向 Leader 汇报自己的节点状态，但不参与写操作“过半写成功”的策略和 Leader 的选举，因此 Observer 可以在不影响写性能的情况下提升集群的读性能。</li> </ul> <h3><a id="32__75"></a>3.2 会话</h3> <p>Zookeeper 客户端通过 TCP 长连接连接到服务集群，会话 (Session) 从第一次连接开始就已经建立，之后通过心跳检测机制来保持有效的会话状态。通过这个连接，客户端可以发送请求并接收响应，同时也可以接收到 Watch 事件的通知。</p> <p>关于会话中另外一个核心的概念是 sessionTimeOut(会话超时时间)，当由于网络故障或者客户端主动断开等原因，导致连接断开，此时只要在会话超时时间之内重新建立连接，则之前创建的会话依然有效。</p> <h3><a id="33__81"></a>3.3 数据节点</h3> <p>Zookeeper 数据模型是由一系列基本数据单元 <code>Znode</code>(数据节点) 组成的节点树，其中根节点为 <code>/</code>。每个节点上都会保存自己的数据和节点信息。Zookeeper 中节点可以分为两大类：</p> <ul> <li><strong>持久节点</strong> ：节点一旦创建，除非被主动删除，否则一直存在；</li> <li><strong>临时节点</strong> ：一旦创建该节点的客户端会话失效，则所有该客户端创建的临时节点都会被删除。</li> </ul> <p>临时节点和持久节点都可以添加一个特殊的属性：<code>SEQUENTIAL</code>，代表该节点是否具有递增属性。如果指定该属性，那么在这个节点创建时，Zookeeper 会自动在其节点名称后面追加一个由父节点维护的递增数字。</p> <h3><a id="34__90"></a>3.4 节点信息</h3> <p>每个 ZNode 节点在存储数据的同时，都会维护一个叫做 <code>Stat</code> 的数据结构，里面存储了关于该节点的全部状态信息。如下：</p> <table> <thead> <tr> <th><strong>状态属性</strong></th> <th><strong>说明</strong></th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>czxid</td> <td>数据节点创建时的事务 ID</td> </tr> <tr> <td>ctime</td> <td>数据节点创建时的时间</td> </tr> <tr> <td>mzxid</td> <td>数据节点最后一次更新时的事务 ID</td> </tr> <tr> <td>mtime</td> <td>数据节点最后一次更新时的时间</td> </tr> <tr> <td>pzxid</td> <td>数据节点的子节点最后一次被修改时的事务 ID</td