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关于android:zookeeper原理篇Zookeeper会话机制

jiezi

会话

在 Zookeeper 中，会话是个很重要的概念之一，客户端与服务端之间的任何交互操作都和会话非亲非故，其中蕴含 zookeeper 的长期节点的生命周期、客户端申请执行以及 Watcher 告诉机制等。接下来，咱们从 全局的会话状态变动 到创立会话 再到 会话治理 三个方面来看看 Zookeeper 是如何解决会话相干的操作

会话状态

客户端须要与服务端创立一个会话，这个时候客户端须要提供一个服务端地址列表，“host1 : port,host2: port ,host3:port”, 依据地址开始创立 zookeeper 对象，这个时候客户端的状态则变更为 CONNECTION, 同时客户端会根据上述的地址列表，依照程序的形式获取 IP 来尝试建设网络连接，直到胜利连贯上服务器，这个时候客户端的状态就能够变更为CONNECTED。在 zookeeper 服务端提供服务的过程中，有可能遇到网络稳定等起因，导致客户端与服务端断开了连贯，这个时候客户端会进行从新连贯操作，这个时候的状态为CONNECTION, 当连贯再次建设后，客户端的状态会再次更改为CONNECTED，也就是说只有在 zookeeper 运行期间，客户端的状态总是能放弃在CONNECTION 或者是 CONNECTED。当然在建设连贯的过程中，如果呈现了连贯超时、权限查看失败或者是在建设连贯的过程中，咱们被动退出连贯操作，这个时候客户端的状态都会变成CLOSE 状态。

会话创立

Session

Session 是 Zookeeper 中会话的实例载体，一个 Session 则是指代一个客户端会话。一个会话必须蕴含以下几个根本的属性：

  • SessionID : 会话的 ID，用来惟一标识一个会话，每一次客户端建设连贯的时候，Zookeeper 服务端都会给其调配一个全局惟一的sessionID
  • TimeOut：一次会话的超时工夫，客户端在结构 Zookeeper 实例的时候，会配置一个 sessionTimeOut 参数用于指定会话的超时的工夫。Zookeeper 服务端会依照连贯的客户端发来的 TimeOut 参数来计算并确定超时的工夫
  • TickTime：下一次会话超时的工夫点，为了不便 Zookeeper 对会话进行所谓的分桶策略进行治理，同时也能够实现高效的对会话的一个检查和清理。TickTime是一个 13 位的 Long 类型的数值，个别状况下这个值靠近TimeOut，然而并不齐全相等
  • isCloseing：用来标记以后会话是否曾经处于被敞开的状态。如果服务端检测到以后会话的超时工夫曾经到了，就会将 isCloseing 属性标记为曾经敞开，这样当前即便再有这个会话的申请拜访也不会被解决

SessionID

SessionID 作为一个全局惟一的标识，咱们能够来探索下 Zookeeper 是如何保障 Session 会话在集群环境下仍然能保障全局唯一性的：

在 sessionTracker 初始化的时候，会调用 initializeNextSession 来生成 session，算法大略如下:

public s ta tic long initializeNextSession(long id) {
    long nextSid = 0;
    nextSid = (System .currentTim eM illis() « 24) » 8;
    nextSid = nextSid | (id « 5 6);
    return nextSid;
} }

从这段代码，咱们能够看到 session 的创立大略分为以下几个步骤:

1. 获取以后工夫的毫秒示意

咱们假如以后 System.currentTimeMills()获取的值是 1380895182327，其 64 位二进制示意为:

00000000 00000000 00000001 01000001 10000011 11000100 01001101 11110111

  1. 接下来左移 24 位, 咱们能够失去后果:

01000001 100000011 11000100 01001101 11110111 00000000 00000000 00000000，能够看到低位曾经把高位补齐，剩下的低位都应用了 0 补齐

3. 右移 8 位，后果变成了:

00000000 01000001 100000011 11000100 01001101 11110111 00000000 00000000

4. 计算机器码标识 ID：

在 initializeNextSession 办法中，呈现了一个 id 变量，这个变量就是生成的 SID 的值，而 SID 在部署的时候就是咱们在 myid 中配置的值，个别是一个整数，假如此时的值为 2，转为 64 位二进制示意：

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000010

此时发现高位简直都是 0，进行左移 56 位当前，失去值如下:

00000010 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

5. 将后面第三步和第四步失去的后果进行 | 操作:

能够失去后果为:

00000010 01000001 10000011 11000100 01001101 11110111 00000000 00000000

这个时候咱们能够失去一个单机中惟一的序列号 ID，整个算法大略能够了解为，先通过高 8 位确定机器当前，前面的 56 位依照毫秒进行随机，能够看进去以后的算法! 还是蛮谨严的，基本上看不出来什么显著的问题，然而其实也有问题的，其中咱们能够看到，zk 抉择了以后机器工夫内的毫秒作为基数，然而如果工夫到了 2022 年 4 月 8 号当前，System . currentTimeMillis ()的值会是多少呢？

Date d =  new Date (2022-1900 f 3,8);
System. out. p rin tln (Long. toBinaryString(d .getTime（）））;

打印进去的后果为:

0000000000000000000000011000000000000100110000010000010000000000

接着咱们左移 24 位当前会发现，这个时候的值仍然是个正数，所以咱们为了保障不会呈现正数的状况，解决方案如下:

public static long initializeNextSession(long id {) {
long nextSid = 0;
nextSid = (System .currentTim eM illis() « 24) > » 8;
nextSid = nextSid | (id « 5 6);
return nextSid;
} }

这样就能够防止生成的时候呈现正数了

SessionTracker

SessionTracker 是 Zookeeper 中的会话管理器，负责整个 zk 生命周期中会话的 创立 、 治理 和清理 操作，而每一个会话在 Sessiontracker 外部都保留了三份，大体如下:

1.sessionsWithTimeout 这是一个 ConcurrentHashMap<Long,Integer> 类型的数据结构，用来治理会话的超时工夫，这个参数会被长久化到快照文件中去

2.sessionsById 是一个 HashMap<Long,Integer> 类型的数据结构，用于依据 sessionId 来治理 session 实体

3.sessionsSets 同样也是一个 HashMap<Long,Integer> 类型的数据结构，用来会话超时的时候进行归档，便于进行会话复原和治理

会话创立

创立会话的过程，大体能够分为几个步骤，别离是解决 ConnectRequest 申请、创立会话、处理器链路解决和响应，在 zk 服务端中，首先是 NIOServerCnxn 来负责承受来自客户端的会话创立申请，并且进行反序列化工作，而后开始调配超时工夫。调配结束后，会开始创立 sessionId, 并且将其注册到 SessionsById 和 sessionsWithTimeOut，进行激活，这个时候就能够思考解决流转。

会话治理

Zookeeper 中的会话治理次要是 SesssionTracker 负责的，外部应用了一个非凡的机制，称之为 分桶策略，所谓分桶策略，其实是将相似的会话放在一个区块中进行治理，以便于 zookeeper 对会话进行不同区块的隔离以及同一区块的对立解决

从图中咱们能够看到，所有的会话都调配在了不同的区块中，分配原则是每个会话的下个超时的工夫点，ExpiractionTime是指最近一次可能过期的工夫点，每一个会话的 ExpiractionTime 的计算形式如下:

ExpiractionTime = CurrentTime + SessionTimeout

然而不要遗记了，Zookeeper 的 Leader 服务器在运行期间会定期检查是否超时，这个定期的工夫距离为 ExpiractionInterval，单位是秒，默认状况下是 tickTime 的值，即 2000 毫秒进行一次查看，残缺的ExpiractionTime 的计算形式如下:

ExpirationTime_  = CurrentTime + SessionTimeout ;
ExpirationTime =  (ExpirationTime_ / Expirationlnterval+ 1) x Expirationlnterval ;
会话激活

同样的，在整个 zookeeper 运行过程中，客户端会在超时工夫外向服务端发送 PING 申请来放弃时效性，俗称心跳检测，而服务端在承受到了客户端的心跳申请后须要再次激活会话状态，这个过程称之为TouchSession，流程如下:

1. 测验会话是否曾经被敞开，Leader 会去查看会话是否被敞开，如果曾经敞开，不会再去激活该会话

2. 如果会话没有被敞开，则开始计算下一次的超时工夫 Expiration_New，而计算的过程则是应用下面的公式

3. 计算完新的超时工夫当前，会去获取会员原来的超时工夫，并且依据工夫来定位原来寄存的区块

4. 接着，从该区块中找到会话，进行会话迁徙，放入新的 Expiration_New 对应的区块中，如图所示:

通过以上的步骤，根本曾经实现了会话的激活，而每一次心跳的检测，则是进行了一次会话激活操作，在整个 Zookeeper 运行过程中，个别如下两个操作才会导致会话激活:

1. 当客户端向服务端发送申请的时候，包含读写申请，都会被动触发一次会话激活

2. 如果客户端在 sessionTimeOut / 3 工夫范畴内尚未和服务器之间进行通信，即没有发送任何申请，就会被动发动一个 PING 申请，去触发服务端的会话激活操作

除此之外，因为会话之间的激活是依照分桶策略进行保留的，因而咱们能够利用此策略优化对于会话的超时查看，在 Zookeeper 中，会话超时查看也是由 SessionTracker 负责的，外部有一个线程专门进行会话的超时查看，只有顺次的对每一个区块的会话进行查看，因为分桶是依照ExpriationInterval 的倍数来进行会话散布的，因而只有在这些工夫点查看即可，这样能够缩小查看的次数，并且批量清理会话，实现较高的效率。

会话清理

会话查看操作当前，当发现有超时的会话的时候，会进行会话清理操作，而 Zookeeper 中的会话清理操作，次要是以下几个步骤:

1. 因为会话清理过程须要肯定的工夫，为了保障在清理的过程中，该会话不会再去承受和解决发来的申请，因而，在会话查看结束后，SessionTracker会先将其会话的 isClose 标记为 true，接着为了保障在进行会话敞开的过程中，在整个集群中都失效，Zookeeper 应用了提交的形式，交给 PreRequestProcessor 处理器进行解决

2. 在某个会话生效后，这个会话创立的相干长期节点列表都应该被删除，因而在删除会话之前，须要先找到与改会话绝对应的长期节点列表，在 Zookeeper 的内存数据库中，会为每一个会话独自保留一份由该会话保护的长期节点汇合，然而咱们须要思考一些非凡状况，例如 在删除会话的时候，有没处理完毕的删除节点的申请，而这个被删除的节点刚好又是会话对应的长期节点，或者这个时候正在解决长期节点创立的申请，而且也是以后会话的申请。这个时候咱们必须思考解决计划，防止出现数据不统一的状况，而第一种状况，则是避免反复删除，咱们只须要先把申请对应的节点删除，再去删除对应的列表即可，而第二种状况，咱们也须要先执行增加节点的申请，保障节点不会呈现删除脱漏即可。

3. 当会话对应的长期节点列表找到后，Zookeeper 会将列表中所有的节点变成删除节点的申请，并且丢给事物变更队列 OutStandingChanges 中，接着 FinalRequestProcessor 处理器会触发删除节点的操作，从内存数据库中删除。

4. 当会话对应的长期节点被删除当前，就须要将会话从 SessionTracker 中移除了，次要从 SessionById，sessionsWithTimeOut 以及 sessionsSets 中将会话移除掉，当所有操作实现后，清理会话操作实现，这个时候将会敞开最终的连贯NioServerCnxn。

会话重连

在 Zookeeper 运行过程中，也可能会呈现会话断开后重连的状况，这个时候客户端会从连贯列表中依照程序的形式从新建设连贯，直到连贯上其中一台机器为止，这个时候可能呈现两种状态，一种是失常的连贯CONNECTED，这种状况是 Zookeeper 客户端在超时工夫内连贯上了服务端，而超时当前才连贯上服务端的话，这个时候的客户端会话状态则为EXPIRED，被视为非法会话。

而在重连之前，可能因为其余起因导致的断开连接，即 CONNECTION_LESS，会抛出异样 org.apache.zookeeper.KeeperException$ConnectionLossException，咱们须要捕捉异样，并且在重连胜利后，收到 None-SyncConnection 告诉外面进行 setData 的解决操作即可。而在这个过程中，会话可能会呈现两种状况：

会话生效:SESSION_EXPIRED

会话生效个别产生在 ConnectionLoss 期间，客户端尝试开始重连，然而在超时工夫当前，才与服务端建设连贯的状况，这个时候服务端就会告诉客户端以后会话曾经生效，咱们只能抉择从新创立一个会话，进行数据的解决操作

会话转移:SESSION_MOVED

会话转移也是在重连过程中常产生的一种状况，例如在断开连接之前，会话是在服务端 A 上，然而在断开连接重连当前，最终与服务端 B 从新复原了会话，这种状况就称之为会话转移。而会话转移可能会带来一个新的问题，例如在断开连接之前，可能刚刚发送一个创立节点的申请，申请发送结束后断开了，很短时间内再次重连上了另一台服务端，这个时候又发送了一个一样的创立节点申请，这个时候一样的事物申请可能会被执行了屡次。因而在 Zookeeper3.2 版本开始，就有了会话转移的概念，并且封装了一个 SessionMovedExection 异样进去，在解决客户端申请之前，会查看一遍，申请的会话是不是以后服务端的，如果不存在以后服务端的会话，会间接抛出 SessionMovedExection 异样，当然这个时候客户端曾经断开了连贯，承受不到服务端的异样响应了。

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