zookeeper的一篇概述

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之前在公司由于业务需要，对 zookeeper 进行了一些知识点的梳理进行分享，对一些刚刚接触 zookeeper 的小伙伴来说，或许可以借鉴一下

简介
Zookeeper 致力于提供一个 高性能 、 高可用 ，且具备 严格的顺序访问 控制能力的分布式协调服务。

设计目标

简单的数据结构:共享的树形结构，类似文件系统，存储于内存;
可以构建集群:避免单点故障，3- 5 台机器就可以组成集群，超过半数，正常工作就能对外提供服务;
顺序访问:对于每个写请求，zk 会分配一个全局唯一的递增编号，利用这个特性可以实现高级协调服务;
高性能:基于内存操作，服务于非事务请求，适用于读操作为主的业务场景。3 台 zk 集群能达到 13w QPS;

应用场景

数据发布订阅
负载均衡
命名服务
Master 选举
集群管理
配置管理
分布式队列
分布式锁

会话 (session): 客户端与服务端的一次会话连接，本质是 TCP 长连接，通过会话可以进行心跳检测和数据传输;

数据节点(znode)

持久节点(PERSISTENT)
持久顺序节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL)
临时节点(EPHEMERAL)
临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)

对于持久节点和临时节点，同一个 znode 下，节点的名称是唯一的:[center red 20px]

Watcher 事件监听器:客户端可以在节点上注册监听器，当特定的事件发生后，zk 会通知到感兴趣的客户端。
EventType: NodeCreated、NodeDeleted、NodeDataChanged、NodeChildrenChange

ACL:Zk 采用 ACL(access control lists)策略来控制权限
权限类型:create,read,write,delete,admin

启动 ZK 服务: bin/zkServer.sh start
查看 ZK 服务状态:bin/zkServer.sh status
停止 ZK 服务: bin/zkServer.sh stop
重启 ZK 服务: bin/zkServer.sh restart
客户端连接：zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
显示目录：ls /
创建：create /zk “test”
获得值：get /zk
修改值：set /zk “test”
删除：delete /zk
ACL:
- getAcl / setAcl
- addauth

<dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-framework</artifactId>
            <version>2.12.0</version>
</dependency>
<dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-recipes</artifactId>
            <version>2.12.0</version>
 </dependency>

public class App {public static void main(String[] args) throws Exception {
        String connectString = "211.159.174.226:2181";

        RetryPolicy retryPolicy = getRetryPolicy();
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(connectString, 5000, 5000, retryPolicy);
        client.start();

        // 增删改查
        client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath("/test-Curator-PERSISTENT-nodata");
        client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath("/test-Curator-PERSISTENT-data", "test-Curator-PERSISTENT-data".getBytes());
        client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/test-Curator-EPHEMERAL-nodata");
        client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/test-Curator-EPHEMERAL-data", "/test-Curator-EPHEMERAL-data".getBytes());

        for (int i = 0; i < 5; i++) {client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).forPath("/test-Curator-PERSISTENT_SEQUENTIAL-nodata");
        }

        byte[] bytes = client.getData().forPath("/test-Curator-PERSISTENT-data");
        System.out.println("----------zk 节点数据:" + new String(bytes) + "------------");

        client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath("/test-listener", "test-listener".getBytes());
        final NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, "/test-listener");
        nodeCache.start();
        NodeCacheListener listener = new NodeCacheListener() {

            @Override
            public void nodeChanged() throws Exception {System.out.println("node changed :" + nodeCache.getCurrentData());
            }
        };
        nodeCache.getListenable().addListener(listener);

        client.setData().forPath("/test-listener", "/test-listener-change".getBytes());

    }
    /**
     * RetryOneTime: 只重连一次.
     * RetryNTime: 指定重连的次数 N.
     * RetryUtilElapsed: 指定最大重连超时时间和重连时间间隔, 间歇性重连直到超时或者链接成功.
     * ExponentialBackoffRetry: 基于 "backoff" 方式重连, 和 RetryUtilElapsed 的区别是重连的时间间隔是动态的
     * BoundedExponentialBackoffRetry: 同 ExponentialBackoffRetry, 增加了最大重试次数的控制.
     */
    public static RetryPolicy getRetryPolicy() {return new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
    }
}

public class ZookeeperLock {

    private final String lockPath = "/distributed-lock";
    private String connectString;
    private RetryPolicy retry;
    private CuratorFramework client;
    private InterProcessLock interProcessMutex;


    public void init() throws Exception {
        connectString = "211.159.174.226:2181";
        retry = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
        client = CuratorFrameworkFactory.newClient(connectString, 60000, 15000, retry);
        client.start();

        // 共享可重入锁
        interProcessMutex = new InterProcessMutex(client,lockPath);
    }

    public void lock(){
        try {interProcessMutex.acquire();
        } catch (Exception e) {System.out.println("锁失败了, 真惨");
        }
    }

    public void unlock(){
        try {interProcessMutex.release();
        } catch (Exception e) {System.out.println("释放失败了，更惨");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {final ZookeeperLock zookeeperLock = new ZookeeperLock();
        zookeeperLock.init();

        Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0;i<50;i++) {executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {zookeeperLock.lock();
                    Long time = System.nanoTime();
                    System.out.println(time);
                    try {Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(time);
                    zookeeperLock.unlock();}
            });
        }

        while (true){}}
}

ZAB 协议所定义的三种节点状态
- Looking：选举状态。
- Following：Follower 节点（从节点）所处的状态。
- Leading：Leader 节点（主节点）所处状态。
Zxid(64 位的数据结构)
前 32 位：Leader 周期编号 myid
低 32 位：事务的自增序列（单调递增的序列）只要客户端有请求，就 +1
当产生新 Leader 的时候，就从这个 Leader 服务器上取出本地 log 中最大事务 zxid，从里面读出 epoch+1，作为一个新 epoch，并将低 32 位置 0（保证 id 绝对自增）。
崩溃恢复
- 每个 server 都有一张选票 <myid，zxid>，选票投自己。
- 搜集各个服务器的投票。
- 比较投票，比较逻辑：优先比较 zxid，然后才比较 myid。
- 改变服务器状态（崩溃恢复 =》数据同步，或者崩溃恢复 =》消息广播）

消息广播(类似 2P 提交)：
- Leader 接受请求后，讲这个请求赋予全局的唯一 64 位自增 Id（zxid）。
- 将 zxid 作为议案发给所有 follower。
- 所有的 follower 接受到议案后，想将议案写入硬盘后，马上回复 Leader 一个 ACK（OK）。
- 当 Leader 接受到合法数量 Acks，Leader 给所有 follower 发送 commit 命令。
- follower 执行 commit 命令。
- PS:: 到了这个阶段，ZK 集群才正式对外提供服务，并且 Leader 可以进行消息广播，如果有新节点加入，还需要进行同步。

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一、zookeeper 介绍

二、zookeeper 特性

三、zookeeper 常用命令

四、zookeeper 的 java 客户端

五、分布式锁

六、zab 协议

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