Zookeeper入门看这篇就够了

开发 前端
Zookeeper 是一个分布式应用程序的分布式开源协调服务。是Apache Hadoop 的一个子项目,主要用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题,例如:统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

[[426770]]

简介

Zookeeper 是一个分布式应用程序的分布式开源协调服务。是Apache Hadoop 的一个子项目,主要用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题,例如:统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

Zookeeper 工作原理

ZooKeeper 核心是原子广播,该机制保证了各个Server之间的同步,实现这个机制的协议叫做 Zab协议 ,Zab协议有两个模式,他们分别是 “恢复模式 & 广播模式”。

恢复模式

Zab协议会让ZK集群进入崩溃恢复模式的情况如下:

(1)当服务框架在启动过程中(2)当Leader服务器出现网络中断,崩溃退出与重启等异常情况。(3)当集群中已经不存在过半的服务器与Leader服务器保持正常通信。

在所有的follower服务器中选举一台为Leader,当leader被选举出来,集群中有多数服务与新的Leader完成状态同步之后就会退出恢复模式,用来保证至少有一半的follower能和Leader保持数据一致,当多数的follower集群与leader数据保持一致的时候,就会进入消息广播模式。

状态同步保证了 Leader 和 Server具有相同的系统状态,所谓的状态同步其实就是数据的同步。

一旦leader 已经和多数的follower进行状态同步之后,它就开始广播消息,并且进入广播模式,这时候当一个server加入Zookeeper 服务中,它会在恢复模式下启动,发现leader,并和leader进行状态同步,同步结束后,它也参与消息广播,Zookeeper服务一直维持在 Broadcast状态,直到leader崩溃了或者leader失去了大部分的followers支持。

广播模式

消息广播模式,Zab协议消息广播过程使用的是原子广播协议,类似于一个二阶段提交,但是又有点不一样,并不是所有的follower节点都需要返回ack才进行一致性事务完成,只需要多数以上即可。

针对每个客户端的事务请求,leader服务器会为其生成对应的事务Proposal,并将其发送给集群中其余所有的机器,然后再分别收集各自的选票,最后进行事务提交。

  • leader 接收到消息请求后,将消息赋予一个全局唯一的 64 位自增的 Id,我们通常称之为zxid,通过 zxid 的大小比较即可实现有序的特性。
  • leader 通过 队列 保证发送的顺序性,将带有zxid的消息作为一个提案(proposal)分发给所有follower
  • 当follower 接收到proposal,先将proposal写到本地事务日志,写事务成功后再向Leader 回一个ACK确认
  • 当leader 接收到多数的ack确认后,leader 会向所有follower 发送 commit 命令,同意会在本地执行该消息。
  • 当follower 收到消息 commit 命令后,就会执行该消息。

消息广播模式流程示意图如下:

首先客户端会轮询Zookeeper集群中的各个节点,当轮询到一台是follower,如果是读的请求,follower会返回请求结果,如果是增删改操作,follower 会向leader生成事务请求,针对客户端的事务请求,针对客户端的事务请求,leader会为这个生成对应的事务Proposal,然后发送集群中所有follower服务器,然后分别在收集各自的选票,最后进行事务提交。

Zab协议的二阶段提交,在提交过程中移除了中断提交过程的操作,对于Zookeeper集群来说,超过半数反馈Ack确认就代表事务成功,这种方式无法完成所有节点事务一致性问题,所以Zab协议采用恢复模式来解决数据不一致的问题。

消息广播协议是基于具有FIFO特性的TCP协议进行通讯,因此可以保证消息广播过程中的接收和发送的顺序性。

事务ID

为了保证事务的顺序一致性,Zookeeper 采用了递增的事务ID号(zxid)来标识事务,所有的操作(proposal)都会在被提出时加上zxid,zxid是一个64位的数字,他高32位是epoch用来标识leader关系是否发生变化,每当有新的leader 被选举出来,都会有一个新的epoch,标识当前属于哪个leader的领导。

对于Zookeeper 来说,每次的变化都会产生一个唯一的事务id,zxid(ZooKeeper Transaction Id)通过zxid ,可以确定更新操作的先后顺序,如果说 zxid1 小于 zxid2,说明 zxid1比zxid先发生。

Zookeeper 模型

Zookeeper 是一个目录树结构,名称是由斜杠 (/) 分隔的一系列路径元素。ZooKeeper 命名空间中的每个节点都由路径标识。

ZooKeeper 层级树状结构

根节点 / 包含两个节点(/modele1 & /module2),其中节点 /module1 包含三个子节点(/module1/app1 & /module1/app2 & /module1/app3),在Zookeeper 中,节点以绝对路径表示,不存在相对路径,出了根节点以外,其他节点不能以 / 结尾。

特性

资源共享: 例如存储空间,计算能力,数据,和服务等等

扩展性: 从软件和硬件上增加系统的规模

并发性: 多个用户同时访问

性能: 确保当负载增加的时候,系统想要时间不会有影响

容错性: 尽管一些组件暂时不可用了,整个系统仍然是可用的

API抽象: 系统的独立组件对用户隐藏,仅仅暴露服务

Zookeeper的角色

领导者(leader) :负责进行投票的发起和决议,更新系统状态

学习者(learner) :包括跟随者(follower)和观察者(observer),follower用于接受客户端请求并想客户端返回结果,在选主过程中参与投票

Observer :可以接受客户端连接,将写请求转发给leader,但observer不参加投票过程,只同步leader的状态,observer的目的是为了扩展系统,提高读取速度

客户端(client) :请求发起方

保证

顺序一致性: 客户端的更新将按发送顺序应用。

原子性: 更新成功或失败,没有部分结果。

统一视图: 无论服务器连接到哪个服务器,客户端都将看到相同的服务视图。即,即使客户端故障转移到具有相同会话的不同服务器,客户端也永远不会看到系统的旧视图。

可靠性: 一旦应用更新了,它将从那时起一直存在,直到客户端覆盖更新。

及时性: 系统的客户视图保证在特定时间范围内是最新的。

Znode 节点

Znode有两种类型:持久节点和临时节点 ,Znode的类型在创建的之后就不能在进行修改了。

临时节点

  • 临时节点在客户端会话结束的时候,Zookeeper 会将临时节点(znode)删除,并且临时节点不能有子节点。利用临时节点的特性,我们可以使用临时节点来进行集群管理以及发现服务的上下线等。

创建临时节点命令:create-e/module1/app1 app1创建一个临时节点为 “/module1/app1” ,数据为 “app1”

持久节点

  • 持久节点不依赖于客户端会话,只有当客户端明确要删除持久节点(znode)的时候才会被删除

创建临时节点命令:create/module1 module1创建一个临时节点为 “/module1” ,数据为 “module1”

顺序节点

  • ZooKeeper 中还提供了一种顺序节点的类型,每次创建顺序节点时候,ZooKeeper 都会在路径后面自动添加10为的数据中,例如0000000001 计数器会保证在同一父节点下唯一,创建节点的时候会添加顺序,常见分布式锁。

顺序节点只是节点的一种特性,也就说不管是 持久节点还是 临时节点 都可以设置为顺序节点,所以Znode类型可以理解为 4种类型:

  1. 持久节点
  2. 临时节点
  3. 持久顺序节点
  4. 临时顺序节点

创建顺序节点命令(加上 “-s”参数):create-s/module1/app app我们会看到 Created/module1/app0000000001意思是我们创建了一个持久顺序节点“/module1/app0000000001” 如果再执行上面命令 会生成节点 “/module1/app0000000002”,同理 如果我们 create-s后面添加 -e 参数,就表示我们创建了一个临时节点。

节点数据

  • 创建节点的时候,我们可以指定节点中存储的数据,ZooKeeper可以保证读写都是原子操作,而且每次读写操作都是对数据的完整读取或者完成写入,不提供对数据的部分读取或者写入操作。
  • ZooKeeper 虽然提供了节点存储数据的功能,但是我们并不能把它当成一个数据库,重点不要把Zookeeper 当成数据库用,因为Zookeeper 规定了节点的数据大小不能超过1M,所以我们不能在节点上存储过多的数据,尽可能保证小的数据量,因为数据过大,会导致ZK的性能下降。
  • 如果确实需要存储大量的数据,一般可以在分布式数据库或者Redis保存这部分数据,然后在Znode中保留数据库中的索引。

Zookeeper单机模式安装

java 环境

配置JAVA环境,检验环境 java-version

下载安装Zookeeper

下载地址:https://zookeeper.apache.org/releases.html

下载解压Zookeeper

  1. cd /usr/local
  2. wget https://dlcdn.apache.org/zookeeper/zookeeper-3.7.0/apache-zookeeper-3.7.0-bin.tar.gz 
  3. tar -zxvf apache-zookeeper-3.7.0-bin.tar.gz 
  4. cd zookeeper-3.7.0/ 

重命名配置文件 zoo_sample.cfg

  1. cp conf 
  2. zoo_sample 
  3. cfg conf 
  4. zoo 
  5. cfg 

启动ZK

  1. ./ 
  2. bin 
  3. zkServer 
  4. sh start 

连接ZK客户端

  1. ./ 
  2. bin 
  3. zkCli 
  4. sh 

当我们看到下图的信息的时候,表示我们启动成功

Zookeeper命令

基本命令

  • create : 在树中的某个位置创建一个节点
  • delete : 删除一个节点存在:测试节点是否存在于某个位置
  • get data : 从节点读取数据
  • set data: 将数据写入节点
  • get children : 检索节点的子节点列表
  • sync : 等待数据被传播

操作Zookeeper

查看Zookeeper中包含的key

  1. ls  

创建一个新的Znode 创建成功以后我们可以使用 ls/查看我们创建的内容

  1. create /zkMxn muxiaonong ls /[zkMxn, zookeeper] 

get命令获取创建Znode的内容

  1. get /zkMxn 

set 命令来对 zk 所关联的字符串进行设置

  1. set /zkMxn mxn666 

删除Znode

  1. delete /zkMxn 

Java Api操作 ZK

1. 导入Jar包

  1. <dependency>  
  2.  
  3. <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>  
  4.  
  5. <artifactId>zookeeper</artifactId> 
  6.  
  7. <version>3.6.3</version> 
  8.  
  9. </dependency> 
  10.  
  11. <!--junit单元测试-->  
  12.  
  13. <dependency>  
  14.  
  15. <groupId>junit</groupId>  
  16.  
  17. <artifactId>junit</artifactId>  
  18.  
  19. <version>4.13.2</version>  
  20.  
  21. <scope>runtime</scope>  
  22.  
  23. </dependency> 

2. API操作Zookeeper

创建Zookeeper对象

  1. public ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher) throws IOException { 
  2.       this(connectString, sessionTimeout, watcher, false); 
  3.   } 

connectString: 连接的地址,包括主机名和端口号,多个的话用逗号隔开

sessionTimeout: 等待客户端通信的最长时间,客户端如果超过这个时间没有和服务端进行通信,那么就认为该客户端已经终止,一般设置值为 5-10秒,单位为毫秒

watcher: 监听器,用于接收会话事件的接口,需要自己定义,实现process()方法

连接Zookeeper

  1. Zookeeper zkClient = ""
  2. String connectStr = "192.168.2.1:2181"
  3. zkClient = new ZooKeeper(connectStr, 5000, new Watcher() { 
  4.     @Override 
  5.     public void process(WatchedEvent watchedEvent) { } 
  6. }); 

创建节点

  1. public ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher) throws IOException { 
  2.       this(connectString, sessionTimeout, watcher, false); 
  3.   } 
  • path: 节点路径
  • data: 节点数据
  • acl: 节点权限,例如: ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE

OPENACLUNSAFE:完全开发,采用world验证模式,由于每个ZK连接都有world验证模式,所以当我们节点设置了该参数时,对所有连接开放 CREATORALLACL:创建该Znode连接的拥有所有权限,这里采用的是auth验证模式,用sessionID做验证,如果设置了该参数,只有创建改Znode节点的连接才能对这个Znode进行任何操作 READACLUNSAFE:所有的客户端都可读,这里采用world验证模式,和第一条同理,所有连接都可以读取该znode

createMode: 节点类型,例如: CreateMode.PERSISTENT PERSISTENT:持久节点 PERSISTENTSEQUENTIAL:持久有序节点 EPHEMERAL:短暂节点 EPHEMERALSEQUENTIAL:短暂有序节点

完整APIDemo:

  1. import lombok.extern.slf4j.Slf4j; 
  2. import org.apache.zookeeper.*; 
  3. import org.apache.zookeeper.data.Stat; 
  4. import java.io.IOException; 
  5. import java.io.UnsupportedEncodingException; 
  6. import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
  7.  
  8. /** @Author mxn 
  9.   * @Description //TODO ZooKeeper Java API测试 
  10.   * @Date 10:22 2021/9/29 
  11.   * @Param 
  12.   * @return 
  13.  **/ 
  14. @Slf4j 
  15. public class ZookeeperTest { 
  16.  
  17.     // IP 和端口 
  18.     private final static String ipAddress = "192.168.2.123:2181"
  19.  
  20.  
  21.     public static void main(String[] args) { 
  22.         ZookeeperTest test = new ZookeeperTest(); 
  23.  
  24.         String key = "/zkMxn"
  25.         String value = "wo is muxiaonong"
  26.         //创建Znode 
  27.         test.add(key,value); 
  28. //        获取节点数据 
  29. //        test.get(key); 
  30.         //修改节点数据 
  31. //        test.modify(key,"wo is zhuzhuxia"); 
  32.         //删除节点 
  33. //        test.delete(key); 
  34.  
  35.  
  36.     } 
  37.  
  38.     /** 
  39.      * @return 
  40.      * @Author mxn 
  41.      * @Description //TODO 获取ZooKeeper连接 
  42.      * @Date 10:22 2021/9/29 
  43.      * @Param 
  44.      **/ 
  45.     public static ZooKeeper getConntection() { 
  46.         ZooKeeper zooKeeper = null
  47.         try { 
  48.             final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1); 
  49.             //watch机制(回调),监听是否连接成功 
  50.             zooKeeper = new ZooKeeper(ipAddress, 5000, new Watcher() { 
  51.                 @Override 
  52.                 public void process(WatchedEvent watchedEvent) { 
  53.                     if (Event.KeeperState.SyncConnected == watchedEvent.getState()) { 
  54.                         //如果受收到了服务端的响应事件,连接成功 
  55.                         countDownLatch.countDown(); 
  56.                     } 
  57.                 } 
  58.             }); 
  59.  
  60.             countDownLatch.await(); 
  61.             log.info("zookeeper状态:{}",zooKeeper.getState());//CONNECTED 
  62.  
  63.         } catch (IOException e) { 
  64.             e.printStackTrace(); 
  65.         } catch (InterruptedException e) { 
  66.             e.printStackTrace(); 
  67.         } 
  68.         return zooKeeper; 
  69.     } 
  70.  
  71.    /** @Author lyy 
  72.      * @Description //TODO 关闭ZooKeeper连接 
  73.      * @Date 14:57 2021/9/29 
  74.      * @Param  
  75.      * @return  
  76.     **/ 
  77.     public static void closeConnection(ZooKeeper zooKeeper) { 
  78.         try { 
  79. //            zooKeeper.close(); 
  80.         } catch (Exception e) { 
  81.             e.printStackTrace(); 
  82.         } 
  83.     } 
  84.  
  85.      
  86.     /** @Author lyy 
  87.       * @Description //TODO 添加节点 
  88.       * @Date 13:36 2021/9/29 
  89.       * @Param  
  90.       * @return  
  91.      **/ 
  92.     public void add(String key ,String value) { 
  93.         ZooKeeper zooKeeper = ZookeeperTest.getConntection(); 
  94.         try { 
  95.             //参数类型 
  96.             //1.key 
  97.             //2.value 
  98.             //3.对应的ACL,当前节点的权限控制 
  99.             //4.设置当前节点类型 
  100.             zooKeeper.create(key, value.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT); 
  101.             ZookeeperTest.closeConnection(zooKeeper); 
  102.         } catch (KeeperException e) { 
  103.             e.printStackTrace(); 
  104.         } catch (InterruptedException e) { 
  105.             e.printStackTrace(); 
  106.         } 
  107.     } 
  108.  
  109.    /** @Author lyy 
  110.      * @Description //TODO 获取节点信息 
  111.      * @Date 14:57 2021/9/29 
  112.      * @Param  
  113.      * @return  
  114.     **/ 
  115.     public void get(String key) { 
  116.         ZooKeeper zooKeeper = ZookeeperTest.getConntection(); 
  117.         Stat stat = new Stat(); 
  118.         String data = null
  119.         try { 
  120.             byte[] bytes = zooKeeper.getData(keynull, stat); 
  121.             data = new String(bytes, "gbk"); 
  122.             log.info("当前节点信息:{}",data); 
  123.             ZookeeperTest.closeConnection(zooKeeper); 
  124.         } catch (KeeperException e) { 
  125.             e.printStackTrace(); 
  126.         } catch (InterruptedException e) { 
  127.             e.printStackTrace(); 
  128.         } catch (UnsupportedEncodingException e) { 
  129.             e.printStackTrace(); 
  130.         } 
  131.     } 
  132.  
  133.     /** @Author lyy 
  134.       * @Description //TODO 修改节点信息 
  135.       * @Date 14:57 2021/9/29 
  136.       * @Param  
  137.       * @return  
  138.      **/ 
  139.     public void modify(String key,String newValue) { 
  140.         ZooKeeper zooKeeper = ZookeeperTest.getConntection(); 
  141.         Stat stat = new Stat(); 
  142.         //version乐观锁概念,此处需要获取version信息,则需要先get拿到节点信息 
  143.         try { 
  144.             //获取节点(修改需要version信息) 
  145.             zooKeeper.getData(keynull, stat); 
  146.             //再修改 
  147.             zooKeeper.setData(key, newValue.getBytes(), stat.getVersion()); 
  148.             ZookeeperTest.closeConnection(zooKeeper); 
  149.         } catch (KeeperException e) { 
  150.             e.printStackTrace(); 
  151.         } catch (InterruptedException e) { 
  152.             e.printStackTrace(); 
  153.         } 
  154.     } 
  155.  
  156.    /** @Author lyy 
  157.      * @Description //TODO 删除节点 
  158.      * @Date 14:57 2021/9/29 
  159.      * @Param  
  160.      * @return  
  161.     **/ 
  162.     public void delete(String key) { 
  163.         ZooKeeper zooKeeper = ZookeeperTest.getConntection(); 
  164.         Stat stat = new Stat(); 
  165.         try { 
  166.             //获取节点(删除需要version信息) 
  167.             zooKeeper.getData(keynull, stat); 
  168.             //删除节点 
  169.             zooKeeper.delete(key, stat.getVersion()); 
  170.             ZookeeperTest.closeConnection(zooKeeper); 
  171.         } catch (KeeperException e) { 
  172.             e.printStackTrace(); 
  173.         } catch (InterruptedException e) { 
  174.             e.printStackTrace(); 
  175.         } 
  176.  
  177.     } 

总结

到这里我们对Zookeeper 大概有个入门级的了解了,不过Zookeeper远远比我们这里讲述的功能多,如何用Zookeeper实现集群管理、分布式锁,队列等等,小农会在后面的文章中进行讲解,关注我,后续精彩内容第一时间推送。

 

责任编辑:姜华 来源: 牧小农
相关推荐

2021-10-21 06:52:17

ZooKeeper分布式配置

2019-08-16 09:41:56

UDP协议TCP

2020-12-09 08:01:38

Mybatis关系型数据库

2021-01-15 12:56:36

人工智能人工智能应用

2022-03-29 08:23:56

项目数据SIEM

2021-05-07 07:52:51

Java并发编程

2023-10-04 00:32:01

数据结构Redis

2023-09-25 08:32:03

Redis数据结构

2021-09-10 13:06:45

HDFS底层Hadoop

2023-11-07 07:46:02

GatewayKubernetes

2021-07-28 13:29:57

大数据PandasCSV

2017-03-30 22:41:55

虚拟化操作系统软件

2021-12-13 10:43:45

HashMapJava集合容器

2023-11-22 07:54:33

Xargs命令Linux

2023-12-07 09:07:58

2018-09-26 11:02:46

微服务架构组件

2022-08-18 20:45:30

HTTP协议数据

2021-11-10 07:47:48

Traefik边缘网关

2021-04-11 08:30:40

VRAR虚拟现实技术

2023-06-08 18:17:07

OSPF路由协议
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号