hadoop学习之ZooKeeper

1. 什么是ZooKeeper？

ZooKeeper是一组工具，用来配置和支持分布式调度。

它能处理分布式应用的“部分失败”问题。

什么是部分失败？

部分失败是分布式处理系统的固有特征，即发送者无法知道接收者是否收到消息，它出现的可能性有 网络传输出现问题、接收进程已经死掉等。

ZooKeeper是Hadoop的分布式协调服务，ZooKeeper是Hadoop生态系统的一部分，但又远不止如此，它能支持更多类似的分布式平台和系统，如Jubatus，Cassender等等。

而且HBase明确指出至少需要一个ZooKeeper实例的支持。

2. ZooKeeper有什么特征?

其核心是一个精简的文件系统；

其原语是一组丰富的“构件”，可用于实现很多数据结构和协议，如分布式队列，分布式锁，同一级中的领导者选举；

能避免单点故障，高可用性；

松耦合交互方式：各进程间不必相互了解，同步等；

是一个资源库，对通用协议提供一个开源的共享存储库。

3. ZooKeeper有哪些需要配置的属性？

tickTime:  ZooKeeper运行的基本时间单元

dataDir:    存储持久数据的本地文件系统位置

clientPort: 监听客户端连接的端口(常用的端口是2181)

4. ZooKeeper的结构，及其相关的一些基本操作

ZooKeeper需要一组服务器来部署，为客户端提供服务。每个客户端会找到其中的一台服务器。问题：如何维护这组服务器？

首先，需要高可靠性。不能使用一个单节点来维护这个服务器列表，这是因为这个节点坏了，整个系统就坏了，可靠性差；而且故障的服务器自身无法将其从列表中删除。

所以，ZooKeeper需要一个具有主动修改能力的、高可靠性的服务来维护这个列表。

ZooKeeper是一个层次结构。类似一个文件系统的结构，有目录和文件的包含关系。

有一个父节点，包含一系列子节点。

父节点的命名是组名，子节点的命名就是组成员名了。

树形结构：树中的节点被称为znode，znode

ZooKeeper的操作，提供的方法、接口：

create（）：创建一个znode节点，其必须要有父节点，加入一个组：只需要指定/+groupname + / + membername,然后创建即可

delete（）：删除一个znode，其必须无子节点。需要提供路径和版本号参数。

exists（）：测试一个znode是否存在

sync（）：将客户端的znode视图与ZooKeeper同步

getACL, setACL: ACL：access control list

getChild（）: 获取一个znode的子节点列表，如：zk.getChildren(path, false)

getData, setData：获取或者设置一个znode的数据

其中更改操作，需要更新znode的版本号才能完成。

5. 有哪些客户端可用的 ZooKeeper的API？

针对以上ZooKeeper的操作，Zookeeper也为客户端提供了对应的API。有两种绑定的语言Java和C，并提供同步和异步两种方式，功能都相同。

6. ZooKeeper的数据模型

1） 树形结构、每个znode节点可以存储数据、并有一个关联的ACL。但znode存储的数据被限制在1MB内。

2）数据访问具有原子性，要么成功，要么全部失败。

3）znode通过路径被引用。类似于linux的文件路径。

4）znode有两种，短暂性的和持久性的。短暂性的会在客户端结束后删除

5）顺序号：命名时，zookeeper在名字中指定了顺序号，这个在创建znode时，设置顺序标识就会产生，顺序号，可用于全局排序

6）观察：是一种机制，znode发生变化时，观察机制可以通知客户端（类似于观察者模式），观察注册后只触发一次

一般在读操作exists、getChildren和getData上设置观察，然后这些观察在create、delete、setData时触发。

7）ACL

每个znode被创建都会带有一个ACL列表，用于检验权限：谁，可以对它自己执行，何种操作

ACL依赖于ZooKeeper的身份依赖机制。

digest ： 利用用户名和密码来识别客户端

host： 通过主机名 hostname 来识别客户端

ip ： 利用ip来识别客户端

7. ZooKeeper的实现方式

两种模式：

独立模式：适用于测试环境，甚至单元测试。只有一个ZooKeeper服务器，但是不保证高可用性和恢复性。

复制模式：适用于生产环境，通过复制来保证高可用性和恢复性，保证半数以上的机器处于可用状态。

其实现使用Zab协议，包括两个阶段：

阶段一：领导者选举： 一台机器选为leader，其他为follower，一旦半数以上的机器与leader的同步状态相同，此阶段完成。

阶段二：原子广播：所有写请求给leader，然后再由leader广播给follower，且当半数以上follower完成同步后，leader才提交这个更新，然后客户端才收到完成的响应。

若领导者故障，则由follower中选出新的leader。

以上两个过程可以无限循环执行。

8. ZooKeeper如何提供一致性保证？

问题：一个跟随者可能滞后领导者几个更新。

若一个修改/更新需要提交，那么就需要半数以上的机器已将其持久化。每一个对znode树的更新，都会有个全局唯一ID号：zxid，这个ID号用于查询更新的位置。因为ZooKeeper会对所有更新进行排序。

ZooKeeper的更新具有原子性，要么成功，要么失败，不存在部分成功。一旦成功，更新便具有持久性。

但是不同的客户端在读取数据时，由于ZooKeeper外部通信机制的原因，其客户端的ZooKeeper状态可能是不一致的，但这种现象与ZooKeeper的一致性是兼容的。

9. 什么是会话？

一个客户端与一台ZooKeeper服务器建立一个连接，就是会话，每个会话就有一个时间限制，超时就需要重新连接。

客户端尝试链接ZooKeeper服务器失败时，会依次尝试其他服务器，直到成功或者全部失败。

心跳（ping请求）：会话空闲时，发送心跳来保证会话不过期，并能检测出服务器故障。

自动故障切换：客户端在连接的服务器发生故障后，能自动切换到另外一台服务器，并且会话继续有效。

10. ZooKeeper有哪些状态？

ZooKeeper对象在一个生命周期内，有好几个状态。

getStates()方法能查询出ZooKeeper的状态。

Connecting : 新建ZooKeeper实例时

Connected ： 建立连接后

SyncConnected： 使用“观察”机制，状态转换时

Disconnected： 断开后，状态。一般连接丢失后，它会自动尝试重新连接。

Closed : ZooKeeper被认为不是活跃的，不可用了。

以上这些概念仅仅是ZooKeeper学习的基本东西，还需要构建真正的应用、编写程序去实践。

使用ZooKeeper可以实现很多分布式的数据结构和协议，如barrier， 队列，和两阶段交换协议。