分布式专题（一）——Zookeeper简介

• 什么是Zookeeper；
• CAP原理&Zookeeper数据的一致性；
• Zookeeper的集群架构；
• Zookeeper的客户端会话；
• Zookeeper的数据节点；
• Zookeeper的事件监听器；
• Zookeeper的权限控制；

一、什么是Zookeeper

在维基百科是这样解释的: Apache ZooKeeper是Apache软件基金会的一个软件项目，他为大型分布式计算提供开源的分布式配置服务、同步服务和命名注册。ZooKeeper曾经是Hadoop的一个子项目，但现在是一个独立的顶级项目。

ZooKeeper的架构通过冗余服务实现高可用性。因此，如果第一次无应答，客户端就可以询问另一台ZooKeeper主机。ZooKeeper节点将它们的数据存储于一个分层的命名空间，非常类似于一个文件系统或一个前缀树结构。客户端可以在节点读写，从而以这种方式拥有一个共享的配置服务。更新是全序的。

    其实zk就是一个分布式的协调服务。是一个典型的分布式数据一致性的解决方案，分布式应用程序可以基于他实现诸如:命名服务、配置管理、集群管理、选举算法、锁定和同步服务、高度可靠的数据注册表等功能。

 

二、CAP原理&Zookeeper数据的一致性

    1、分布式领域中存在CAP理论：

C：Consistency，一致性，数据一致更新，所有数据变动都是同步的。

A：Availability，可用性，系统具有好的响应性能。

P：Partition tolerance，分区容错性。以实际效果而言，分区相当于对通信的时限要求。系统如果不能在时限内达成数据一致性，就意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择，也就是说无论任何消息丢失，系统都可用。

该理论已被证明：任何分布式系统只可同时满足两点，无法三者兼顾。 因此，将精力浪费在思考如何设计能满足三者的完美系统上是愚钝的，应该根据应用场景进行适当取舍。

2、ZK从以下几点保证了分布式数据的一致性：

顺序一致性：同一个客户端发起的事务请求，严格按其顺序处理；

　　原子性：所有事务请求的处理结果在整个集群中是一致的，要么整个集群中所有的机器都应用了这个事务，要不就都不应用；

　　单一视图：无论客户端连接的是哪个ZK服务器，看到的服务端数据模型都是一致的；

　　可靠性：一旦服务端成功的应用了一个事务，并完成了对客户端的响应，那么这个事务所引起的服务端变更会一直保留，直到被下个一事务所更改；

　　实时性：ZK保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。

三、Zookeeper的集群角色有哪些

Leader：集群中有且仅有一个Leader，通过选举过程产生。负责所有事务写操作（回话状态变更及数据节点变更操作），保证集群事务处理的顺序性。默认设置下，Leader也处理读请求。

Follower： 处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器；参与Leader选举投票，参与事务操作的“过半通过”投票策略。

Observer：只提供读取服务。在不影响写性能的情况下提升集群读取性能。不参与任何形式的投票。

要搭建一个高可用的ZK集群，我们首先需要确定好集群规模。一般我们将节点（指Leader和Follower节点，不包括Observer节点）个数设置为 2*n+1 ，n为可容忍宕机的个数。 ZK使用“过半”设计原则，很好地解决了单点问题，提升了集群容灾能力。但是ZK的集群伸缩不是很灵活，集群中所有机器ip及port都是事先配置在每个服务的zoo.cfg 文件里的。如果要往集群增加一个Follower节点，首先需要更改所有机器的zoo.cfg，然后逐个重启。

四、Zookeeper的客户端会话

指客户端与服务器之间的会话，在ZK中会话是通过客户端和服务器之间的一个TCP长连接来实现的。通过这个长连接，客户端能够使用心跳检测与服务器保持有效的会话，也能向服务器发送请求并接收响应，还可接收服务器的Watcher事件通知。Session的sessionTimeout是会话超时时间，如果这段时间内，客户端未与服务器发生任何沟通（心跳或请求），服务器端会清除该session数据，客户端的TCP长连接将不可用，这种情况下，客户端需要重新实例化一个Zookeeper对象。

五、Zookeeper的数据节点

Zookeeper将所有的数据存在内存中，数据模式是一棵树ZNode Tree，用斜杠进行分割（/node/path1）。每个ZNode上会保存自己的数据，同时还会保存一系类属性；

六、Zookeeper的事件监听器

Zookeeper允许用户在一些指定的节点上注册一些Watcher，并且在一些特定事件触发的时候，Zookeeper服务端会将事件通知到感兴趣的客户端上去，该机制是zk实现分布式协调服务的重要特性。

Watcher 有几个特点：

　　Watches通知是一次性的，必须重复注册。

　　对某个节点注册了Watcher但是节点被删除了，那么节点上的Watcher也会被移除。

　　同一个zk客户端对某一个节点注册相同的Watcher只会收到一次通知。

　　Watcher对象只会保存在客户端，不会传递到服务端。

七、Zookeeper的权限控制

Zookeeper采用ACL（Access Control Lists）策略来进行权限控制，类似于UNIX文件系统的权限控制。其中Create，Delete 都是争对子节点的权限控制。