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Zookeeper是一個分布式應用程序協調服務。是Google的Chubby一個開源的實現，它是集群的管理者，監視著集群中各個節點的狀態根據節點提交的反饋進行下一步合理操作，最終，將簡單易用的接口和性能高效、功能穩定的系統提供給用戶。

Zookeeper做了什么？

1.命名服務

2.配置管理

3.集群管理

4.分布式鎖

5.隊列管理

Zookeeper的設計目的

1.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；

2.可靠性：具有簡單、健壯、良好的性能，如果消息被一臺服務器接收，那么它將被所有的服務器接收；

3.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更新的數據；如果需要最新數據，應該讀數據之前調用sync()接口；

4.等待無關：慢的或者失效的Client不得干預快速的Client請求，使得每個Client都能有效的等待；

5.原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態；

6.順序性：包括全局有序和偏序兩種；全局有序是指如果在一臺服務器上消息a在消息b前發布，則在所有Server上消息a都將在消息b前被發布；偏序是指如果一個消息b在消息a后被同一個發送者發布，a必將排在b前面；

Zookeeper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Leader奔潰后，Zab就進入恢復模式，當Leader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。

為了保證事務的順序一致性，Zookeeper采用了遞增的事務id號（ZXID）來標識事務，所有的提議都在被提出的時候加上了ZXID,實現中Zxid是一個64位的數字，它高32位是epoch來標識Leader關系是否改變，每個一個Leader被選出來，它都會有一個新的epoch,標識當前屬于那個Leader的統治時期，低32位用于遞增計數。

Zookeeper角色描述

Zookeeper 下 Server工作狀態

角色描述

LOOKING	當前Server不知道leader是誰，正在搜尋
FOLLOWING	leader已經選舉出來，當前Server與之同步
LEADING	當前Server即為選舉出來的leader

Zookeeper選主流程(basic paxos)

當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢復模式，恢復模式需要重新選舉出一個新的leader，讓所有的Server都恢復到一個正確的狀態。Zk的選舉算法有兩種：一種是基于basic paxos實現的，另外一種是基于fast paxos算法實現的。系統默認的選舉算法為fast paxos。

1.選舉線程由當前Server發起選舉的線程擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，并選出推薦的Server；

2.選舉線程首先向所有Server發起一次詢問(包括自己)；

3.選舉線程收到回復后，驗證是否是自己發起的詢問(驗證zxid是否一致)，然后獲取對方的id(myid)，并存儲到當前詢問對象列表中，最后獲取對方提議的leader相關信息(id,zxid)，并將這些信息存儲到當次選舉的投票記錄表中；

4.收到所有Server回復以后，就計算出zxid最大的那個Server，并將這個Server相關信息設置成下一次要投票的Server；

5.線程將當前zxid最大的Server設置為當前Server要推薦的Leader，如果此時獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數，設置當前推薦的leader為獲勝的Server，將根據獲勝的Server相關信息設置自己的狀態，否則，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。 通過流程分析我們可以得出：要使Leader獲得多數Server的支持，則Server總數必須是奇數2n+1，且存活的Server的數目不得少于n+1. 每個Server啟動后都會重復以上流程。在恢復模式下，如果是剛從崩潰狀態恢復的或者剛啟動的server還會從磁盤快照中恢復數據和會話信息，zk會記錄事務日志并定期進行快照，方便在恢復時進行狀態恢復。選主的具體流程圖所示：

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Zookeeper選主流程（fast paxos）

fast paxos流程是在選舉過程中，某Server首先向所有Server提議自己要成為leader，當其它Server收到提議以后，解決epoch和 zxid的沖突，并接受對方的提議，然后向對方發送接受提議完成的消息，重復這個流程，最后一定能選舉出Leader。

Zookeeper同步流程

選完Leader以后，zk就進入狀態同步過程。

Leader等待server連接；

2 .Follower連接leader，將最大的zxid發送給leader；

3 .Leader根據follower的zxid確定同步點；

4 .完成同步后通知follower 已經成為uptodate狀態；

5 .Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的請求進行服務了。

Zookeeper工作流程-Leader1 .恢復數據；

2 .維持與Learner的心跳，接收Learner請求并判斷Learner的請求消息類型；

3 .Learner的消息類型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根據不同的消息類型，進行不同的處理。

PING 消息是指Learner的心跳信息；

REQUEST消息是Follower發送的提議信息，包括寫請求及同步請求；

ACK消息是 Follower的對提議的回復，超過半數的Follower通過，則commit該提議；

REVALIDATE消息是用來延長SESSION有效時間。

Zookeeper工作流程-Follower

Follower主要有四個功能：

1.向Leader發送請求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；

2.接收Leader消息并進行處理；

3.接收Client的請求，如果為寫請求，發送給Leader進行投票；

4.返回Client結果。

Follower的消息循環處理如下幾種來自Leader的消息：

1 .PING消息： 心跳消息；

2 .PROPOSAL消息：Leader發起的提案，要求Follower投票；

3 .COMMIT消息：服務器端最新一次提案的信息；

4 .UPTODATE消息：表明同步完成；

5 .REVALIDATE消息：根據Leader的REVALIDATE結果，關閉待revalidate的session還是允許其接受消息；

6 .SYNC消息：返回SYNC結果到客戶端，這個消息最初由客戶端發起，用來強制得到最新的更新。

Zookeeper的應用場景

1.分布式鎖

這是雅虎研究員設計Zookeeper的初衷。利用Zookeeper的臨時順序節點，可以輕松實現分布式鎖。

2.服務注冊和發現

利用Znode和Watcher，可以實現分布式服務的注冊和發現。最著名的應用就是阿里的分布式RPC框架Dubbo。

3.共享配置和狀態信息

Redis的分布式解決方案Codis，就利用了Zookeeper來存放數據路由表和 codis-proxy 節點的元信息。同時 codis-config 發起的命令都會通過 ZooKeeper 同步到各個存活的 codis-proxy。

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總結

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