概述

Zookeeper是一个分布式协调服务，提供了分布式数据一致性的解决方案。目前很多开源框架技术背后都有ZooKeeper的身影，比如kafka, hbase等。
Zookeeper基础知识主要分为三大块，数据结构， Watch监控，ACL权限控制。基于这些特点可以实现数据的发布/订阅，软负载均衡，命名服务，统一配置管理，分布式锁，集群管理等等。

数据模型

什么是数据模型呢？就是指Zookeeper创建和处理数据存储的逻辑结构。
Zookeeper创建的数据模型是树状结构，类似Unix的文件系统，类似下图。
image.png

  • 有一个固定的根节点（/）
  • 根节点下可以创建子节点，子节点下可以继续创建下一级节点
  • 每一层级用斜杆（/）分隔
  • 查找某个节点只能用绝对路径方式查询（/app1/p_1），不能用相对路径

    Znode节点分类

    上面数据中的每一个节点叫Znode, 默认情况下最大存储1M的数据，Znode根据特性分为下面三类：

    持久节点

    特点：一旦将节点创建为持久系欸但，该数据节点一直会存储在Zookeeper服务器上，即使创建该节点的客户端和服务端会话关闭了，该节点也不会删除。如果想要删除持久节点，就要显示调用delete函数删除。
    命令：create /persistent_node

    临时节点

    特点：如果创建的是临时节点是，当创建该临时节点的客户端会话因超时或发生异常而关闭时，该节点也相应在 ZooKeeper 服务器上被删除，也可以调用delete主动删除临时节点。
    命令：create -e /ephemeral_node mydata

    有序节点

    特点：我们在创建有序节点时，ZooKeeper 服务器会自动使用一个单调递增的数字作为后缀，追加到我们创建节点的后边。这个序号对于父 znode 是唯一的。计数器的格式为 %010d - 即 10 位数字和 0（零）填充（计数器以这种方式格式化以简化排序），即“0000000001”。
    例如一个客户端创建了一个路径为 works/task- 的有序节点，那么 ZooKeeper 将会生成一个序号并追加到该节点的路径后，最后该节点的路径为 works/task-0000000001。
    有序节点属性可以和持久或者临时节点共存，意味着有持久有序节点，临时有序节点。
    命令：创建持久有序节点create -s /persistent_sequential_node mydata,
    创建临时有序节点create -s -e /ephemeral_sequential_node mydata

    容器节点

    3.6.0版本新加
    特点： 服务端会定期扫描这些节点，当该节点下面没有子节点时（或其他条件时）服务端会自动删除节点
    命令：create -c /container_node mydata

    TTL节点

    3.6.0版本新加
    特点：需要额外配置才能启用，基本和容器相同，当超过 TTL 时间节点下面都没有再创建子节点时会被删除，但是当创建子节点会重置该超时时间。
    命令：create -t 3000 /ttl_node mydata

    Znode节点属性

    每个Znode节点都有属于自己的状态属性，通过执行stat /zk_test查看节点的状态信息。
    Zookeeper的数据模型 - 图2
属性名 说明
czxid 表示该数据节点被创建时的事务ID
mzxid 表示该节点最后一次被更新时的事务ID
pzxid 表示该节点的子节点列表最后一次被修改时的事务ID
ctime 表示该节点的创建时间
mtime 表示该节点最后一次被更新的时间
version 数据节点的版本号
cversion 子节点的版本号
aversion 节点的ACL版本号
ephemeralOwner 创建该临时节点的会话SessionId, 如果该节点时持久节点，那么这个属性时0
dataLength 数据内容的长度
numChildren 当前节点子节点的个数

安装使用

单机版安装

  1. 官网下载最新的安装包，https://zookeeper.apache.org/releases.html
  2. 创建配置conf/zoo.cfg
    1. tickTime=2000
    2. dataDir=/var/lib/zookeeper
    3. clientPort=2181
  • tickTime：ZooKeeper 使用的基本时间单位，以毫秒为单位。它用于做心跳，最小会话超时将是 tickTime 的两倍。
  • dataDir：存储内存数据库快照的位置。
  • clientPort：监听客户端连接的端口。

  1. 启动

    1. bin/zkServer.sh start

  2. 查看日志tail logs/zookeeper-root-server-template.out是否启动成功

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连接使用

  1. 连接 bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181

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  1. 在 shell 中，键入help以获取可以从客户端执行的命令列表

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  1. 创建持久化节点zk_test, 值为alvin

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  1. 查看目录

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  1. 获取节点数据信息

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  1. 查看节点属性信息

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  1. 删除节点

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全量的命令参考：
https://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperCLI.html

实战案例

我们现在利用上面学到的数据模型和节点的特性，用一个案例来加深我们的理解。

场景

一个购物网站，只剩下一部IPhone13, 周杰伦搜索到了准备下单购买，这时候王力宏也查询到了并且提交购买，如果不做任何处理，那么一件商品会被卖两次，出现超卖的情况。那么利用Zookeeper学的知识该如何解决呢？

方案

我们可以通过加锁的方式，比如周杰伦进行操作的时候，对这个商品锁定。实现加锁的方式有两种，悲观锁和乐观锁。

悲观锁

悲观锁认为进程对临界区的竞争总是会出现，为了保证进程在操作数据时，该条数据不被其他进程修改。数据会一直处于被锁定的状态。
我们假设一个具有 n 个进程的应用，同时访问临界区资源，我们通过进程创建 ZooKeeper 节点 /locks 的方式获取锁。
线程 a 通过成功创建 ZooKeeper 节点“/locks”的方式获取锁后继续执行，如下图所示：
Zookeeper的数据模型 - 图11
这时进程 b 也要访问临界区资源，于是进程 b 也尝试创建“/locks”节点来获取锁，因为之前进程 a 已经创建该节点，所以进程 b 创建节点失败无法获得锁。
Zookeeper的数据模型 - 图12
这样就实现了一个简单的悲观锁，不过这也有一个隐含的问题，就是当进程 a 因为异常中断导致 /locks 节点始终存在，其他线程因为无法再次创建节点而无法获取锁，这就产生了一个死锁问题。针对这种情况我们可以通过将节点设置为临时节点的方式避免。并通过在服务器端添加监听事件来通知其他进程重新获取锁。

乐观锁

乐观锁认为，进程对临界区资源的竞争不会总是出现，所以相对悲观锁而言。加锁方式没有那么激烈，不会全程的锁定资源，而是在数据进行提交更新的时候，对数据的冲突与否进行检测，如果发现冲突了，则拒绝操作。
在 ZooKeeper 中的 version 属性就是用来实现乐观锁机制中的“校验”的，ZooKeeper 每个节点都有数据版本的概念，在调用更新操作的时候，假如有一个客户端试图进行更新操作，它会携带上次获取到的 version 值进行更新。而如果在这段时间内，ZooKeeper 服务器上该节点的数值恰好已经被其他客户端更新了，那么其数据版本一定也会发生变化，因此肯定与客户端携带的 version 无法匹配，便无法成功更新，因此可以有效地避免一些分布式更新的并发问题。
悲观锁和乐观锁具体的代码实现在后面的文章中一一和大家展示。

参考

https://zookeeper.apache.org/doc/r3.8.0/zookeeperStarted.html
https://learn.lianglianglee.com/%E4%B8%93%E6%A0%8F/ZooKeeper%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90%E4%B8%8E%E5%AE%9E%E6%88%98-%E5%AE%8C/01%20ZooKeeper%20%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%A8%A1%E5%9E%8B%EF%BC%9A%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%9A%84%E7%89%B9%E6%80%A7%E4%B8%8E%E5%BA%94%E7%94%A8.md