什么是ZooKeeper？

前言

只有光头才能变强。

文本已收录至我的GitHub仓库，欢迎Star：https://github.com/ZhongFuCheng3y/3y

上次写了一篇 什么是消息队列？以后，本来想入门一下Kafka的(装一下环境、看看Kafka一些概念啥的)。后来发现Kafka用到了ZooKeeper，而我又对ZooKeeper不了解，所以想先来学学什么是ZooKeeper，再去看看什么是Kafka。

ZooKeeper相信大家已经听过这个词了，不知道大家对他了解多少呢？我第一次听到ZooKeeper的时候是在学Eureka的时候（外行人都能看懂的SpringCloud，错过了血亏！），同样ZooKeeper也可以作为注册中心。

后面听到ZooKeeper的时候，是因为ZooKeeper可以作为分布式锁的一种实现。

直至在了解Kafka的时候，发现Kafka也需要依赖ZooKeeper。Kafka使用ZooKeeper管理自己的元数据配置。

这篇文章来写写我学习ZooKeeper的笔记，如果有错的地方希望大家可以在评论区指出。

一、什么是ZooKeeper

从上面我们也可以发现，好像哪都有ZooKeeper的身影，那什么是ZooKeeper呢？我们先去官网看看介绍：

官网还有另一段话：

ZooKeeper: A Distributed Coordination Service for Distributed Applications

相比于官网的介绍，我其实更喜欢Wiki中对ZooKeeper的介绍：

(留下不懂英语的泪水)

我简单概括一下：

• ZooKeeper主要服务于分布式系统，可以用ZooKeeper来做：统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。
• 使用分布式系统就无法避免对节点管理的问题(需要实时感知节点的状态、对节点进行统一管理等等)，而由于这些问题处理起来可能相对麻烦和提高了系统的复杂性，ZooKeeper作为一个能够通用解决这些问题的中间件就应运而生了。

二、为什么ZooKeeper能干这么多？

从上面我们可以知道，可以用ZooKeeper来做：统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。

• 这里我们先不管统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理每个具体的含义(后面会讲)

那为什么ZooKeeper可以干那么多事？来看看ZooKeeper究竟是何方神物，在Wiki中其实也有提到：

ZooKeeper nodes store their data in a hierarchical name space, much like a file system or a tree data structure

ZooKeeper的数据结构，跟Unix文件系统非常类似，可以看做是一颗树，每个节点叫做ZNode。每一个节点可以通过路径来标识，结构图如下：

那ZooKeeper这颗"树"有什么特点呢？？ZooKeeper的节点我们称之为Znode，Znode分为两种类型：

• 短暂/临时(Ephemeral)：当客户端和服务端断开连接后，所创建的Znode(节点)会自动删除
• 持久(Persistent)：当客户端和服务端断开连接后，所创建的Znode(节点)不会删除

ZooKeeper和Redis一样，也是C/S结构(分成客户端和服务端)

2.1 监听器

在上面我们已经简单知道了ZooKeeper的数据结构了，ZooKeeper还配合了监听器才能够做那么多事的。

常见的监听场景有以下两项：

• 监听Znode节点的数据变化
• 监听子节点的增减变化

没错，通过监听+Znode节点(持久/短暂[临时])，ZooKeeper就可以玩出这么多花样了。

三、ZooKeeper是怎么做到的？

下面我们来看看用ZooKeeper怎么来做：统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。

3.1 统一配置管理

比如我们现在有三个系统A、B、C，他们有三份配置，分别是ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml，然后，这三份配置又非常类似，很多的配置项几乎都一样。

• 此时，如果我们要改变其中一份配置项的信息，很可能其他两份都要改。并且，改变了配置项的信息很可能就要重启系统

于是，我们希望把ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml相同的配置项抽取出来成一份公用的配置common.yml，并且即便common.yml改了，也不需要系统A、B、C重启。

做法：我们可以将common.yml这份配置放在ZooKeeper的Znode节点中，系统A、B、C监听着这个Znode节点有无变更，如果变更了，及时响应。

参考资料：

• 基于zookeeper实现统一配置管理
  • https://blog.csdn.net/u011320740/article/details/78742625

3.2 统一命名服务

统一命名服务的理解其实跟域名一样，是我们为这某一部分的资源给它取一个名字，别人通过这个名字就可以拿到对应的资源。

比如说，现在我有一个域名www.java3y.com，但我这个域名下有多台机器：

• 192.168.1.1
• 192.168.1.2
• 192.168.1.3
• 192.168.1.4

别人访问www.java3y.com即可访问到我的机器，而不是通过IP去访问。

3.3 分布式锁

锁的概念在这我就不说了，如果对锁概念还不太了解的同学，可参考下面的文章

• Java锁？分布式锁？乐观锁？行锁？

我们可以使用ZooKeeper来实现分布式锁，那是怎么做的呢？？下面来看看：

系统A、B、C都去访问/locks节点

访问的时候会创建带顺序号的临时/短暂(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)节点，比如，系统A创建了id_000000节点，系统B创建了id_000002节点，系统C创建了id_000001节点。

接着，拿到/locks节点下的所有子节点(id_000000,id_000001,id_000002)，判断自己创建的是不是最小的那个节点

• 如果是，则拿到锁。
  • 释放锁：执行完操作后，把创建的节点给删掉
• 如果不是，则监听比自己要小1的节点变化

举个例子：

• 系统A拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id_000000)，是所有子节点最小的。所以得到锁
• 系统B拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id_000002)，不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id_000001的状态

• 系统C拿到/locks节点下的所有子节点，经过比较，发现自己(id_000001)，不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id_000000的状态

• …...
• 等到系统A执行完操作以后，将自己创建的节点删除(id_000000)。通过监听，系统C发现id_000000节点已经删除了，发现自己已经是最小的节点了，于是顺利拿到锁

• ….系统B如上

3.4集群状态

经过上面几个例子，我相信大家也很容易想到ZooKeeper是怎么"感知"节点的动态新增或者删除的了。

还是以我们三个系统A、B、C为例，在ZooKeeper中创建临时节点即可：

只要系统A挂了，那/groupMember/A这个节点就会删除，通过监听groupMember下的子节点，系统B和C就能够感知到系统A已经挂了。(新增也是同理)

除了能够感知节点的上下线变化，ZooKeeper还可以实现动态选举Master的功能。(如果集群是主从架构模式下)

原理也很简单，如果想要实现动态选举Master的功能，Znode节点的类型是带顺序号的临时节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)就好了。

• Zookeeper会每次选举最小编号的作为Master，如果Master挂了，自然对应的Znode节点就会删除。然后让新的最小编号作为Master，这样就可以实现动态选举的功能了。

最后

这篇文章主要讲解了ZooKeeper的入门相关的知识，ZooKeeper通过Znode的节点类型+监听机制就实现那么多好用的功能了！

当然了，ZooKeeper要考虑的事没那么简单的，后面有机会深入的话，我还会继续分享，希望这篇文章对大家有所帮助~

参考资料：

• 分布式服务框架 Zookeeper
  • https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/index.html
• ZooKeeper初识整理(老酒装新瓶)
  • https://lxkaka.wang/2017/12/21/zookeeper/
• ZooKeeper
  • https://www.cnblogs.com/sunshine-long/p/9057191.html
• ZooKeeper 的应用场景
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/59669985

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