概述

分布式协调服务开源框架
解决分布式集群中应用系统一致性问题
提供基于类似于文件系统目录树的方式存取数据

架构图
Leader
- 集群的核心，事务请求的唯一调度和处理者
- 事务的写操作都统一由leader处理，leader决定顺序、执行的动作
Follower
- 跟随者角色，同步leader状态
- 非事务请求可以独立处理，事务请求转发给leader
- 参与leader选举投票
Observer
- 观察者角色，观察集群最新状态，并同步到本地
- 非事务请求可以独立处理，事务请求转发给leader
- 不参与选举投票

架构图.png

特性

全局数据一致性，任意节点在任意时间看到的数据都是一致的
可靠性
顺序性
原子性，数据要么全部更新成功，要么全部更新失败，不存在中间状态

分布式系统优势
可靠性，单个或几个系统的故障不会影响整体服务
可扩展性，如果有瓶颈可以快速扩展

应用场景
命名服务
配置管理
集群管理

基础

层次命名空间
zookeeper的节点称为znode
每个znode用/分割
znode兼具目录和文件的特性
- stat：为状态信息，描述znode权限、版本等
  - 版本号：当与znode关联的数据发生变化时，对应的版本号也会变化，在并发时版本号很重要
  - 时间戳：通常以ms为单位，事务ID zxid标识每个更改，zxid是唯一的并为每个事务都保留时间
  - 数据长度：最多可以存储1M的数据
- data：与znode 关联的数据
- children：znode下的子节点
  Znode类型
持久节点
- 创建该特定znode的客户端断开连接后，此znode依然存在
- 默认就是持久节点
临时节点
- 客户端断开连接后会自动删除
- 不允许有子节点
顺序节点
- 可以是持久的，也可以是临时的
- 通过10位的序列号附加到原始名称来设置znode路径
- 如/myapp会被自动附加为/myapp0000000001，并将下一个节点自动加1，即便是并发的也会顺序增加
  监视和会话
监视
- 客户端收到服务器集群的更改通知
- 客户端读取特定的znode时设置watches，znode有任何更改时都会通知客户端
- 更改通知只会触发1次
会话
- 客户端与服务器建立连接后就产生会话
- 客户端会发送心跳，服务端在约定时间内没有收到心跳则判定客户端失效
- 会话中的请求FIFO
  zk节点状态
LOOKING：寻找leader的状态，需要进入选举流程
LEADING：领导者状态
FOLLOWING：跟随者状态，leader已经选举出来
OBSERVER：观察者状态

事务ID
zk在状态变更时都接收一个ZXID
ZXID是一个64位的数字
leader统一分配，全局唯一，不断递增

选举
保证分布式数据一致性的关键就是leader 的选举
集群启动时初选举
- 在集群初始化阶段，当有一台服务器 ZK1 启动时，其单独无法进行和完成 Leader 选举
- 当第二台服务器 ZK2 启动时，此时两台机器可以相互通信，每台机器都试图找到 Leader，于是进入 Leader 选举过程。选举过程开始，过程如下：
  1. 每个Server发出一个投票。由于是初始情况，ZK1 和 ZK2 都会将自己作为 Leader 服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器的 myid 和 ZXID，使用(myid, ZXID)来表示，此时 ZK1 的投票为(1, 0)，ZK2 的投票为(2, 0)，然后各自将这个投票发给集群中其他机器。
  2. 接受来自各个服务器的投票。集群的每个服务器收到投票后，首先判断该投票的有效性，如检查是否是本轮投票、是否来自 LOOKING 状态的服务器。
  3. 处理投票。针对每一个投票，服务器都需要将别人的投票和自己的投票进行比较，规则如下：
    1. 优先检查 ZXID。ZXID 比较大的服务器优先作为 Leader。
    2. 如果 ZXID 相同，那么就比较 myid。myid 较大的服务器作为Leader服务器。
    3. 对于 ZK1 而言，它的投票是(1, 0)，接收 ZK2 的投票为(2, 0)，首先会比较两者的 ZXID，均为 0，再比较 myid，此时 ZK2 的 myid 最大，于是 ZK2 胜。ZK1 更新自己的投票为(2, 0)，并将投票重新发送给 ZK2。
  4. 统计投票。每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半机器接受到相同的投票信息，对于 ZK1、ZK2 而言，都统计出集群中已经有两台机器接受了(2, 0)的投票信息，此时便认为已经选出 ZK2 作为Leader。
  5. 改变服务器状态。一旦确定了 Leader，每个服务器就会更新自己的状态，如果是Follower，那么就变更为 FOLLOWING，如果是 Leader，就变更为 LEADING
  6. 当新的 Zookeeper 节点 ZK3 启动时，发现已经有 Leader 了，不再选举，直接将直接的状态从 LOOKING 改为 FOLLOWING。
集群运行中重选举
- 在 Zookeeper 运行期间，如果 Leader 节点挂了，那么整个 Zookeeper 集群将暂停对外服务，进入新一轮Leader选举。
- 假设正在运行的有 ZK1、ZK2、ZK3 三台服务器，当前 Leader 是 ZK2，若某一时刻 Leader 挂了，此时便开始 Leader 选举。选举过程如下所示
  1. 变更状态。Leader 挂后，余下的非 Observer 服务器都会讲自己的服务器状态变更为 LOOKING，然后开始进入 Leader 选举过程。
  2. 每个Server会发出一个投票。在运行期间，每个服务器上的 ZXID 可能不同，此时假定 ZK1 的 ZXID 为 124，ZK3 的 ZXID 为 123；在第一轮投票中，ZK1 和 ZK3 都会投自己，产生投票(1, 124)，(3, 123)，然后各自将投票发送给集群中所有机器。
  3. 接收来自各个服务器的投票。与启动时过程相同。
  4. 处理投票。与启动时过程相同，由于 ZK1 事务 ID 大，ZK1 将会成为 Leader。
  5. 统计投票。与启动时过程相同。
  6. 改变服务器的状态。与启动时过程相同。
    试用
    安装
```shell ➜ ~ java -version openjdk version “1.8.0_252” OpenJDK Runtime Environment (AdoptOpenJDK)(build 1.8.0_252-b09) OpenJDK 64-Bit Server VM (AdoptOpenJDK)(build 25.252-b09, mixed mode)

➜ ~ wget ‘https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/zookeeper/zookeeper-3.6.2/apache-zookeeper-3.6.2-bin.tar.gz‘

➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin mkdir data ➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin pwd /Users/prief/Desktop/java/zk/apache-zookeeper-3.6.2-bin

➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin vi conf/zoo.cfg ➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin cat conf/zoo.cfg tickTime = 2000 dataDir = /Users/prief/Desktop/java/zk/apache-zookeeper-3.6.2-bin/data clientPort = 2181 initLimit = 5 syncLimit = 2

➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin bin/zkServer.sh start /usr/bin/java ZooKeeper JMX enabled by default Using config: /Users/prief/Desktop/java/zk/apache-zookeeper-3.6.2-bin/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper … STARTED

➜ apache-zookeeper-3.6.2-bin bin/zkServer.sh stop /usr/bin/java ZooKeeper JMX enabled by default Using config: /Users/prief/Desktop/java/zk/apache-zookeeper-3.6.2-bin/bin/../conf/zoo.cfg Stopping zookeeper … STOPPED

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## CLI
- 创建znode
   - -s 顺序节点
   - -e 临时节点，连接断开临时节点自动删除
   - 默认持久节点
- 获取数据
- 监视znode变化
- 设置数据
- 创建znode子节点
- 列出znode子节点
- 检查状态
- 移除/删除znode
```shell
➜  apache-zookeeper-3.6.2-bin bin/zkCli.sh
/usr/bin/java
Connecting to localhost:2181
................
................
................
Welcome to ZooKeeper!
................
................
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type: None path:null
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0]
create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl] 如果没有数据默认null
get [-s] [-w] path  监视/path数据变更
set [-s] [-v version] path data
ls [-s] [-w] [-R] path
stat [-w] path 返回path元数据，包含时间戳、版本、ACL、数据长度、子节点等
delete [-v version] path
deleteall path [-b batch size]

基础

概述

架构图

特性

分布式系统优势

应用场景

基础

层次命名空间

Znode类型

监视和会话

zk节点状态

事务ID

选举

试用

安装