轉(zhuǎn)載自?漫畫(huà)：什么是ZooKeeper

Zookeeper的數(shù)據(jù)模型

Zookeeper的數(shù)據(jù)模型是什么樣子呢？它很像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的樹(shù)，也很像文件系統(tǒng)的目錄。

樹(shù)是由節(jié)點(diǎn)所組成，Zookeeper的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也同樣是基于節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)叫做Znode。

但是，不同于樹(shù)的節(jié)點(diǎn)，Znode的引用方式是路徑引用，類似于文件路徑：

?/ 動(dòng)物 / 倉(cāng)鼠

?/ 植物 / 荷花

這樣的層級(jí)結(jié)構(gòu)，讓每一個(gè)Znode節(jié)點(diǎn)擁有唯一的路徑，就像命名空間一樣對(duì)不同信息作出清晰的隔離。

data：

Znode存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。

ACL：

記錄Znode的訪問(wèn)權(quán)限，即哪些人或哪些IP可以訪問(wèn)本節(jié)點(diǎn)。

stat：

包含Znode的各種元數(shù)據(jù)，比如事務(wù)ID、版本號(hào)、時(shí)間戳、大小等等。

child：

當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)引用，類似于二叉樹(shù)的左孩子右孩子。

這里需要注意一點(diǎn)，Zookeeper是為讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景所設(shè)計(jì)。Znode并不是用來(lái)存儲(chǔ)大規(guī)模業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而是用于存儲(chǔ)少量的狀態(tài)和配置信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)最大不能超過(guò)1MB。

Zookeeper的基本操作和事件通知

Zookeeper包含了哪些基本操作呢？這里列舉出比較常用的API：

create

創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)

delete

刪除節(jié)點(diǎn)

exists

判斷節(jié)點(diǎn)是否存在

getData

獲得一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)

setData

設(shè)置一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)

getChildren

獲取節(jié)點(diǎn)下的所有子節(jié)點(diǎn)

這其中，exists，getData，getChildren屬于讀操作。Zookeeper客戶端在請(qǐng)求讀操作的時(shí)候，可以選擇是否設(shè)置Watch。

Watch是什么意思呢？

我們可以理解成是注冊(cè)在特定Znode上的觸發(fā)器。當(dāng)這個(gè)Znode發(fā)生改變，也就是調(diào)用了create，delete，setData方法的時(shí)候，將會(huì)觸發(fā)Znode上注冊(cè)的對(duì)應(yīng)事件，請(qǐng)求Watch的客戶端會(huì)接收到異步通知。

具體交互過(guò)程如下：

1.客戶端調(diào)用getData方法，watch參數(shù)是true。服務(wù)端接到請(qǐng)求，返回節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并且在對(duì)應(yīng)的哈希表里插入被Watch的Znode路徑，以及Watcher列表。

2.當(dāng)被Watch的Znode已刪除，服務(wù)端會(huì)查找哈希表，找到該Znode對(duì)應(yīng)的所有Watcher，異步通知客戶端，并且刪除哈希表中對(duì)應(yīng)的Key-Value。

Zookeeper的一致性

Zookeeper的集群長(zhǎng)成什么樣呢？就像下圖這樣：

Zookeeper Service集群是一主多從結(jié)構(gòu)。

在更新數(shù)據(jù)時(shí)，首先更新到主節(jié)點(diǎn)（這里的節(jié)點(diǎn)是指服務(wù)器，不是Znode），再同步到從節(jié)點(diǎn)。

在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，直接讀取任意從節(jié)點(diǎn)。

為了保證主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性，Zookeeper采用了ZAB協(xié)議，這種協(xié)議非常類似于一致性算法Paxos和Raft。

在學(xué)習(xí)ZAB之前，我們需要首先了解ZAB協(xié)議所定義的三種節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：

Looking?：選舉狀態(tài)。

Following?：Follower節(jié)點(diǎn)（從節(jié)點(diǎn)）所處的狀態(tài)。

Leading?：Leader節(jié)點(diǎn)（主節(jié)點(diǎn)）所處狀態(tài)。

我們還需要知道最大ZXID的概念：

最大ZXID也就是節(jié)點(diǎn)本地的最新事務(wù)編號(hào)，包含epoch和計(jì)數(shù)兩部分。epoch是紀(jì)元的意思，相當(dāng)于Raft算法選主時(shí)候的term。

假如Zookeeper當(dāng)前的主節(jié)點(diǎn)掛掉了，集群會(huì)進(jìn)行崩潰恢復(fù)。ZAB的崩潰恢復(fù)分成三個(gè)階段：

1.Leader election

選舉階段，此時(shí)集群中的節(jié)點(diǎn)處于Looking狀態(tài)。它們會(huì)各自向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起投票，投票當(dāng)中包含自己的服務(wù)器ID和最新事務(wù)ID（ZXID）。

接下來(lái)，節(jié)點(diǎn)會(huì)用自身的ZXID和從其他節(jié)點(diǎn)接收到的ZXID做比較，如果發(fā)現(xiàn)別人家的ZXID比自己大，也就是數(shù)據(jù)比自己新，那么就重新發(fā)起投票，投票給目前已知最大的ZXID所屬節(jié)點(diǎn)。

每次投票后，服務(wù)器都會(huì)統(tǒng)計(jì)投票數(shù)量，判斷是否有某個(gè)節(jié)點(diǎn)得到半數(shù)以上的投票。如果存在這樣的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)將會(huì)成為準(zhǔn)Leader，狀態(tài)變?yōu)長(zhǎng)eading。其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變?yōu)镕ollowing。

這就相當(dāng)于，一群武林高手經(jīng)過(guò)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，選出了武林盟主。

2.Discovery

發(fā)現(xiàn)階段，用于在從節(jié)點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)最新的ZXID和事務(wù)日志?；蛟S有人會(huì)問(wèn)：既然Leader被選為主節(jié)點(diǎn)，已經(jīng)是集群里數(shù)據(jù)最新的了，為什么還要從節(jié)點(diǎn)中尋找最新事務(wù)呢？

這是為了防止某些意外情況，比如因網(wǎng)絡(luò)原因在上一階段產(chǎn)生多個(gè)Leader的情況。

所以這一階段，Leader集思廣益，接收所有Follower發(fā)來(lái)各自的最新epoch值。Leader從中選出最大的epoch，基于此值加1，生成新的epoch分發(fā)給各個(gè)Follower。

各個(gè)Follower收到全新的epoch后，返回ACK給Leader，帶上各自最大的ZXID和歷史事務(wù)日志。Leader選出最大的ZXID，并更新自身歷史日志。

3.Synchronization

同步階段，把Leader剛才收集得到的最新歷史事務(wù)日志，同步給集群中所有的Follower。只有當(dāng)半數(shù)Follower同步成功，這個(gè)準(zhǔn)Leader才能成為正式的Leader。

自此，故障恢復(fù)正式完成。

什么是Broadcast呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是Zookeeper常規(guī)情況下更新數(shù)據(jù)的時(shí)候，由Leader廣播到所有的Follower。其過(guò)程如下：

1.客戶端發(fā)出寫(xiě)入數(shù)據(jù)請(qǐng)求給任意Follower。

2.Follower把寫(xiě)入數(shù)據(jù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Leader。

3.Leader采用二階段提交方式，先發(fā)送Propose廣播給Follower。

4.Follower接到Propose消息，寫(xiě)入日志成功后，返回ACK消息給Leader。

5.Leader接到半數(shù)以上ACK消息，返回成功給客戶端，并且廣播Commit請(qǐng)求給Follower。

Zab協(xié)議既不是強(qiáng)一致性，也不是弱一致性，而是處于兩者之間的單調(diào)一致性。它依靠事務(wù)ID和版本號(hào)，保證了數(shù)據(jù)的更新和讀取是有序的。

Zookeeper的應(yīng)用

1.分布式鎖

這是雅虎研究員設(shè)計(jì)Zookeeper的初衷。利用Zookeeper的臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)，可以輕松實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

2.服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)

利用Znode和Watcher，可以實(shí)現(xiàn)分布式服務(wù)的注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)。最著名的應(yīng)用就是阿里的分布式RPC框架Dubbo。

3.共享配置和狀態(tài)信息

Redis的分布式解決方案Codis，就利用了Zookeeper來(lái)存放數(shù)據(jù)路由表和 codis-proxy 節(jié)點(diǎn)的元信息。同時(shí) codis-config 發(fā)起的命令都會(huì)通過(guò) ZooKeeper 同步到各個(gè)存活的 codis-proxy。

此外，Kafka、HBase、Hadoop，也都依靠Zookeeper同步節(jié)點(diǎn)信息，實(shí)現(xiàn)高可用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的漫画：什么是ZooKeeper的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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