ZooKeeper学习之内部原理

系统管理员 2023-06-03 09:54 14阅读 0赞

这里学习Zookeeper的选举机制、节点类型、Stat结构体以及写数据流程。

## **【1】选举机制** ##

Zookeeper适合安装在奇数台服务器上，集群中半数以上的机器存活，则集群可用。故，又称之为半数机制。

Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave，但是Zookeeper集群工作时是有一个节点为leader，其他为follower。leader是通过内部的选举机制临时产生的。

假设有五台服务器组成的Zookeeper集群，它们的id是1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据(在存放数据量这一点上，它们都是一样的)。如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0owODA2MjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
(1) 服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报文没有响应，所以它的选举机制一直是LOOKING状态(它投了自己一票)。

(2)服务器2启动，它与服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果(服务器2投自己一票，服务器1投服务器2一票，此时服务器2两票，服务器1一票)。由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出。但是由于没有达到超过半数以上故而leader未产生。

(3)服务器3启动，先投自己一票，然后与服务器1,2交换选举结果。由于服务器1 2均未产生leader，故而在服务器3启动时会投其一票。此时服务器3票数为3票，已经超过半数，故而晋级为leader。

(4)服务器4启动，此时已经有了leader，自动为follower(先入为主机制)。

(5)同服务器4一样，成功leader的小弟。

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## **【2】Zookeeper的节点类型** ##

节点类型根据持久性分为持久性节点和临时性节点(短暂存活)。

*  持久性节点：客户端和服务端断开连接后，创建的节点不删除。
 *  临时性节点：客户端和服务端断开连接后，创建的节点自己删除。

**① 持久化目录节点**

客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。

**② 持久化顺序编号目录节点**

客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

说明：创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护。

在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序。这样客户端可以根据顺序号推断事件的顺序。

**③ 临时目录节点**

客户端与Zookeeper端口连接后，该节点被删除。

**④ 临时顺序编号目录节点**

客户端与Zookeeper端口连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

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## **【3】客户端命令行操作** ##

**客户端连接与关闭**

连接命令如下所示(在bin目录下执行)：

zkCli.cmd  -server 127.0.0.1:3182

连接成功如下图(状态会是CONNECTED)：  
![在这里插入图片描述][20191202151323959.png]  
可以使用命令close关闭连接：

![在这里插入图片描述][20191202151438646.png]

再次使用connect命令进行连接，其会重新变为CONNECTED状态：

connect 127.0.0.1:3182

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0owODA2MjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**① 创建普通节点**

//创建节点时必须同时包含数据
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] create /jane1 love
    Created /jane1
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] ls /
    [jane1, zookeeper]

若是集群下操作，将会同步到其他server：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0owODA2MjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**② 创建短暂节点**

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] create -e /jane2 love
    Created /jane2

当客户端端口连接后，该节点将不存在。如下当客户端端口连接后集群中其他Zookeeper监控情况：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /
    [jane1, jane2, zookeeper]
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /
    [jane1, zookeeper]

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**③ 创建带序号的节点**

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
    [jane1, zookeeper]
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create -s /jane2 loave
    Created /jane20000000002
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /jane1/jane11 love
    Created /jane1/jane110000000000

如果路径下无节点，则序号从0开始。否则序号从节点数量开始。

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**④ 获取节点内容**

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /jane1
    love

**⑤ 修改节点数据**

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] set /jane1 "love me"
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] get /jane1
    love me

**⑥ 集群环境下节点值变化监听**

在server2中注册监听：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] get /jane1 watch
    'get path [watch]' has been deprecated. Please use 'get [-s] [-w] path' instead.
    love me
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 5]
    WATCHER::

在server1中修改`/jane1`的值同时观察server2变化：  
![在这里插入图片描述][2019100615572323.png]

**⑦ 监听节点的子节点变化(路径变化)**

在server2注册路径监听：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] ls  /jane1 watch
    'ls path [watch]' has been deprecated. Please use 'ls [-w] path' instead.
    [jan12, jane11, jane110000000000]
    [zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] ls -w /jane1
    [jan12, jane11, jane110000000000]

在server1中为/jane1节点创建子节点同时观察server2变化：  
![在这里插入图片描述][20191006160212153.png]  
可以发现监听只有一次有效。

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**⑧ 删除节点**

delete  /jane1/jane12

**⑨ 递归删除节点**

rmr  /jane1/jane13

**⑩ 查看节点状态**

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 23] stat /jane1
    cZxid = 0x100000002
    ctime = Sun Oct 06 15:36:15 CST 2019
    mZxid = 0x10000000d
    mtime = Sun Oct 06 15:55:45 CST 2019
    pZxid = 0x100000011
    cversion = 6
    dataVersion = 3
    aclVersion = 0
    ephemeralOwner = 0x0
    dataLength = 4
    numChildren = 4

**(11)ls 与ls2区别**

二者打印路径信息分别如下：

//ls2命令是ls命令的增强版，比ls命令多输出本节点信息
    [zk: 127.0.0.1:3182(CONNECTED) 3] ls2 /
    'ls2' has been deprecated. Please use 'ls [-s] path' instead.
    [zookeeper, vscrm_dev_domain]
    cZxid = 0x0
    ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
    mZxid = 0x0
    mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
    pZxid = 0x100000005
    cversion = 0
    dataVersion = 0
    aclVersion = 0
    ephemeralOwner = 0x0
    dataLength = 0
    numChildren = 2
    
    //ls命令用于获取路径下的节点信息，注意路径为绝对路径
    [zk: 127.0.0.1:3182(CONNECTED) 4] ls /
    [vscrm_dev_domain, zookeeper]

**更多命令操作参考如下：**

ZooKeeper -server host:port cmd args
            addauth scheme auth
            close
            config [-c] [-w] [-s]
            connect host:port
            create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
            delete [-v version] path
            deleteall path
            delquota [-n|-b] path
            get [-s] [-w] path
            getAcl [-s] path
            history
            listquota path
            ls [-s] [-w] [-R] path
            ls2 path [watch]
            printwatches on|off
            quit
            reconfig [-s] [-v version] [[-file path] | [-members serverID=host:port1:port2;port3[,...]*]] | [-add serverId=host:port1:port2;port3[,...]]* [-remove serverId[,...]*]
            redo cmdno
            removewatches path [-c|-d|-a] [-l]
            rmr path
            set [-s] [-v version] path data
            setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl
            setquota -n|-b val path
            stat [-w] path
            sync path

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## **【4】Stat结构体** ##

节点结构如下所示：

**① cZxid**

创建节点的事务zxid。每次修改Zookeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是Zookeeper事务ID。事务ID是Zookeeper中所有修改总的次序，每个修改都有唯一的zxid。如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生。

**② ctime**

znode被创建的毫秒数(从1970年开始)。

**③ mZxid**

znode最后更新的事务zxid。

**④ mtime**

znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)。

**⑤ pZxid**

znode最后更新的子节点zxid。

**⑥ cversion**

znode子节点变化号，znode子节点修改次数。

**⑦ dataVersion**

znode数据变化号。

**⑧ aclVersion**

znode访问控制列表的变化号。

**⑨ ephemeralOwner**

如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点，则是0。

**⑩ dataLength**

znode的数据长度。

**(11) numChildren**

znode子节点数量。

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## **【5】Zookeeper监听器原理** ##

**① 监听器原理详解**

*  首先要有一个main()线程；
 *  在main线程创建Zookeeper客户端。这时就会创建两个线程，一个负责网络连接通信(connect),一个负责监听(listener)。
 *  通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper。
 *  将注册的监听事件添加到Zookeeper的注册监听器列表中。
 *  `Zookeeper监听到有数据或者路径变化`，就会`将这个消息发送给listener线程`。
 *  listener线程内部调用了process()方法(其实listener相当于回调函数)。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0owODA2MjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

**② 常见的监听器**

*  监听节点数据变化

get path [watch]
    get [-s] [-w] path

*  监听子节点增减变化

ls2   path   [watch]
    ls    path   [watch]
    ls    -w      path

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## **【6】Java操作zookeeper** ##

这里用的原生java，没有用框架，需要的jar 依赖如下：

<dependency>
        <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    	<artifactId>zookeeper</artifactId>
    	<version>3.4.10</version>
    </dependency>

**① 获取zookeeper客户端**

private String connectString="127.0.0.1:3181,127.0.0.1:3182,127.0.0.1:3183";
    private int sessionTimeout = 2000;
    private ZooKeeper zkClient;
    
    @Before
    public void init() throws IOException{
    	//获取客户端对象并注册监听
    	zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout , new Watcher() {
    		
    		public void process(WatchedEvent event) {
    			
    			System.out.println("---------start----------");
    			List<String> children;
    			try {
    				children = zkClient.getChildren("/", true);
    
    				for (String child : children) {
    					System.out.println(child);
    				}
    				System.out.println("---------end----------");
    			} catch (Exception e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    		}
    	});
    }

**② 创建节点**

@Test
    public void createNode() throws KeeperException, InterruptedException{
    	
    	String path = zkClient.create("/janus", "love".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    	
    	System.out.println(path);
    	
    }

**③ 获取子节点，并监控节点的变化**

@Test
    public void getDataAndWatch() throws KeeperException, InterruptedException{
    	
    	List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);
    	//保持监听线程一直运行
    	Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

示意图如下：  
![在这里插入图片描述][20191202182703133.gif]

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**④ 判断节点是否存在**

@Test
    public void exist() throws KeeperException, InterruptedException{
    	
    	Stat stat = zkClient.exists("/janus", false);
    	
    	System.out.println(stat==null? "not exist":"exist");
    }

**⑤ 删除节点**

@Test
    public void deleteNode() throws KeeperException, InterruptedException{
    	
    	zkClient.delete("/jane2",0);
    
    }

注意，如果节点下有子孩子，则不许删除。

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[20191202151323959.png]: /images/20230601/dbcdc8229773433ca51dc3a074aeee4a.png
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[2019100615572323.png]: /images/20230601/04227de4284041a9975df89869e7c3ae.png
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