zookeeper是什么
Zookeeper,一種分布式應用的協作服務,是Google的Chubby一個開源的實現,是Hadoop的分布式協調服務,它包含一個簡單的原語集,應用於分布式應用的協作服務,使得分布式應用可以基於這些接口實現諸如同步、配置維護和分集群或者命名的服務。
zookeeper是一個由多個service組成的集群,一個leader,多個follower,每個server保存一份數據部分,全局數據一致,分布式讀寫,更新請求轉發由leader實施.
更新請求順序進行,來自同一個client的更新請求按其發送順序依次執行,數據更新原子性,一次數據更新要么成功,要么失敗,全局唯一數據試圖,client無論連接到哪個server,數據試圖是一致的.
為什么要用zookeeper
大部分分布式應用需要一個主控、協調器或控制器來管理物理分布的子進程（如資源、任務分配等）,目前,大部分應用需要開發私有的協調程序,缺乏一個通用的機制.協調程序的反復編寫浪費,且難以形成通用、伸縮性好的協調器,ZooKeeper：提供通用的分布式鎖服務,用以協調分布式應用
zookeeper工作原理
zookeeper的核心是原子廣播,這個機制保證了各個server之間的同步,實現這個機制的協議叫做Zab協議.Zab協議有兩種模式,他們分別是恢復模式和廣播模式.
1.當服務啟動或者在領導者崩潰后,Zab就進入了恢復模式,當領導着被選舉出來,且大多數server都完成了和leader的狀態同步后,恢復模式就結束了.狀態同步保證了leader和server具有相同的系統狀態.
2.一旦leader已經和多數的follower進行了狀態同步后,他就可以開始廣播消息了,即進入廣播狀態.這時候當一個server加入zookeeper服務中,它會在恢復模式下啟動,發下leader,並和leader進行狀態同步,待到同步結束,它也參與廣播消息.
說明:
廣播模式需要保證proposal被按順序處理,因此zk采用了遞增的事務id號(zxid)來保證.所有的提議(proposal)都在被提出的時候加上了zxid.實現中zxid是一個64為的數字,它高32位是epoch用來標識leader關系是否改變,每次一個leader被選出來,它都會有一個新的epoch.低32位是個遞增計數.
當leader崩潰或者leader失去大多數的follower,這時候zk進入恢復模式,恢復模式需要重新選舉出一個新的leader,讓所有的server都恢復到一個正確的狀態.
zookeeper服務一致維持在Broadcast狀態,直到leader崩潰了或者leader失去了大部分的followers支持.
Broadcast模式極其類似於分布式事務中的2pc（two-phrase commit 兩階段提交）：即leader提起一個決議,由followers進行投票,leader對投票結果進行計算決定是否通過該決議,如果通過執行該決議（事務）,否則什么也不做.
Leader選舉
每個Server啟動以后都詢問其它的Server它要投票給誰,對於其他server的詢問,server每次根據自己的狀態都回復自己推薦的leader的id和上一次處理事務的zxid（系統啟動時每個server都會推薦自己）,收到所有Server回復以后,就計算出zxid最大的哪個Server,並將這個Server相關信息設置成下一次要投票的Server.計算這過程中獲得票數最多的的sever為獲勝者,如果獲勝者的票數超過半數,則改server被選為leader.否則,繼續這個過程,直到leader被選舉出來.leader就會開始等待server連接,Follower連接leader,將最大的zxid發送給leader,Leader根據follower的zxid確定同步點,完成同步后通知follower 已經成為uptodate狀態,Follower收到uptodate消息后,又可以重新接受client的請求進行服務了.
zookeeper的數據模型
層次化的目錄結構,命名符合常規文件系統規范
每個節點在zookeeper中叫做znode,並且其有一個唯一的路徑標識
節點Znode可以包含數據和子節點,但是EPHEMERAL類型的節點不能有子節點
Znode中的數據可以有多個版本,比如某一個路徑下存有多個數據版本,那么查詢這個路徑下的數據就需要帶上版本
客戶端應用可以在節點上設置監視器,節點不支持部分讀寫,而是一次性完整讀寫
Zoopkeeper 提供了一套很好的分布式集群管理的機制,就是它這種基於層次型的目錄樹的數據結構,並對樹中的節點進行有效管理,從而可以設計出多種多樣的分布式的數據管理模型
Zookeeper的節點
Znode有兩種類型,短暫的（ephemeral）和持久的（persistent）
Znode的類型在創建時確定並且之后不能再修改
短暫znode的客戶端會話結束時,zookeeper會將該短暫znode刪除,短暫znode不可以有子節點
持久znode不依賴於客戶端會話,只有當客戶端明確要刪除該持久znode時才會被刪除
Znode有四種形式的目錄節點,PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL.
znode 可以被監控,包括這個目錄節點中存儲的數據的修改,子節點目錄的變化等,一旦變化可以通知設置監控的客戶端,這個功能是zookeeper對於應用最重要的特性,
通過這個特性可以實現的功能包括配置的集中管理,集群管理,分布式鎖等等.
Zookeeper的角色
領導者（leader）,負責進行投票的發起和決議,更新系統狀態
學習者（learner）,包括跟隨者（follower）和觀察者（observer）.
follower用於接受客戶端請求並想客戶端返回結果,在選主過程中參與投票
Observer可以接受客戶端連接,將寫請求轉發給leader,但observer不參加投票過程,只同步leader的狀態,observer的目的是為了擴展系統,提高讀取速度
客戶端（client）,請求發起方
Watcher
Watcher 在 ZooKeeper 是一個核心功能,Watcher 可以監控目錄節點的數據變化以及子目錄的變化,一旦這些狀態發生變化,服務器就會通知所有設置在這個目錄節點上的 Watcher,從而每個客戶端都很快知道它所關注的目錄節點的狀態發生變化,而做出相應的反應
可以設置觀察的操作：exists,getChildren,getData
可以觸發觀察的操作：create,delete,setData
znode以某種方式發生變化時,“觀察”（watch）機制可以讓客戶端得到通知.
可以針對ZooKeeper服務的“操作”來設置觀察,該服務的其他 操作可以觸發觀察.
比如,客戶端可以對某個客戶端調用exists操作,同時在它上面設置一個觀察,如果此時這個znode不存在,則exists返回 false,如果一段時間之后,這個znode被其他客戶端創建,則這個觀察會被觸發,之前的那個客戶端就會得到通知.
Zookeeper集群搭建
Zookeeper 不僅可以單機提供服務,同時也支持多機組成集群來提供服務,實際上Zookeeper還支持另外一種偽集群的方式,也就是可以在一台物理機上運行多個Zookeeper實例.
Zookeeper通過復制來實現高可用性,只要集合體中半數以上的機器處於可用狀態,它就能夠保證服務繼續。
集群容災性:
3台機器只要有2台可用就可以選出leader並且對外提供服務(2n+1台機器,可以容n台機器掛掉)。
Zookeeper偽分布式環境搭建:
1、去Zookeeper官網下載最新版本的Zookeeper.
[root@localhost zookeeper-cluster]# pwd
/export/search/zookeeper-cluster [root@localhost zookeeper-cluster]# ls
zookeeper-3.4.6.tar.gz [root@localhost zookeeper-cluster]# [root@localhost zookeeper-cluster]# tar -zxvf zookeeper-3.4.6.tar.gz #創建第一個集群節點
[root@localhost zookeeper-cluster]# mv zookeeper-3.4.6 zookeeper-3.4.6-node1
[root@localhost zookeeper-cluster]# cd zookeeper-3.4.6-node1
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# pwd
/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1 #創建數據存放路徑
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# mkdir data
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# cd ../ #創建第二第三個集群節點
[root@localhost zookeeper-cluster]# cp zookeeper-3.4.6-node1 zookeeper-3.4.6-node2 -R
[root@localhost zookeeper-cluster]# cp zookeeper-3.4.6-node1 zookeeper-3.4.6-node3 -R
[root@localhost zookeeper-cluster]# ls
zookeeper-3.4.6-node1 zookeeper-3.4.6-node2 zookeeper-3.4.6-node3 zookeeper-3.4.6.tar.gz [root@localhost zookeeper-cluster]# cd zookeeper-3.4.6-node1/conf/
[root@localhost conf]# ls
configuration.xsl log4j.properties zoo_sample.cfg #創建zoo.cfg文件
[root@localhost conf]# cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
2、配置zoo.cfg文件:
#zookeeper-3.4.6-node1的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2181 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889
#zookeeper-3.4.6-node2的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2182 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889
#zookeeper-3.4.6-node3的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2183 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889
參數說明:
tickTime=2000:
tickTime這個時間是作為Zookeeper服務器之間或客戶端與服務器之間維持心跳的時間間隔,也就是每個tickTime時間就會發送一個心跳；
initLimit=10:
initLimit這個配置項是用來配置Zookeeper接受客戶端（這里所說的客戶端不是用戶連接Zookeeper服務器的客戶端,而是Zookeeper服務器集群中連接到Leader的Follower 服務器）初始化連接時最長能忍受多少個心跳時間間隔數。
當已經超過10個心跳的時間（也就是tickTime）長度后 Zookeeper 服務器還沒有收到客戶端的返回信息,那么表明這個客戶端連接失敗。總的時間長度就是 10*2000=20 秒；
syncLimit=5:
syncLimit這個配置項標識Leader與Follower之間發送消息,請求和應答時間長度,最長不能超過多少個tickTime的時間長度,總的時間長度就是5*2000=10秒；
dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data
dataDir顧名思義就是Zookeeper保存數據的目錄,默認情況下Zookeeper將寫數據的日志文件也保存在這個目錄里；
clientPort=2181
clientPort這個端口就是客戶端連接Zookeeper服務器的端口,Zookeeper會監聽這個端口接受客戶端的訪問請求；
server.1=localhost:2887:3887
server.2=localhost:2888:3888
server.3=localhost:2889:3889
server.A=B：C：D：
A是一個數字,表示這個是第幾號服務器,B是這個服務器的ip地址
C第一個端口用來集群成員的信息交換,表示的是這個服務器與集群中的Leader服務器交換信息的端口
D是在leader掛掉時專門用來進行選舉leader所用
3、創建ServerID標識
除了修改zoo.cfg配置文件,集群模式下還要配置一個文件myid,這個文件在dataDir目錄下,這個文件里面就有一個數據就是A的值,在上面配置文件中zoo.cfg中配置的dataDir路徑中創建myid文件
[root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data/myid
1 [root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/data/myid
2 [root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/data/myid
3
4、啟動zookeeper
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED [root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED [root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED
5、檢測集群是否啟動
[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2181
[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2182
[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2183 #或者
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/zkCli.sh
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/zkCli.sh
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/zkCli.sh
偽集群部署注意事項:
在一台機器上部署了3個server；需要注意的是clientPort這個端口如果在1台機器上部署多個server,那么每台機器都要不同的clientPort.
比如 server.1是2181,server.2是2182,server.3是2183
最后幾行唯一需要注意的地方就是
server.X 這個數字就是對應 data/myid中的數字。你在3個server的myid文件中分別寫入了1,2,3,那么每個server中的zoo.cfg都配 server.1,server.2,server.3就OK了