1. 初识ZooKeeper。

转自：https://blog.csdn.net/en_joker/article/details/78661466

Apache ZooKeeper是由 Apache Hadoop的子项目发展而来，于2010年11月正式成为了Apache的顶级项目。ZooKeeper为分布式应用提供了高效且可靠的分布式协调服务，提供了诸如统一命名服务、配置管理和分布式的基础服务。在解决分布式数据一致性方面，ZooKeeper并没有直接采用Paxos算法，而是采用了一种被称为ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）的一致性协议。

ZooKeeper是一个开放源代码的分布式协调服务，由知名互联网公司雅虎创建，是Google Chubby的开源实现。ZooKeepter的设计目标是将那些复杂且容易出错的分布式一致性服务封装起来，构成一个高效可靠的原语集，并以一系列简单易用的接口提供给用户使用。

ZooKeeper是什么

ZooKeeper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它实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master选举、分布式锁和分布式队列等功能。ZooKeeper可以保证如下分布式一致性特性。

• 顺序一致性
• 原子性
• 单一视图（Single System Image）
• 可靠性
• 实时性

ZooKeeper的设计目标

ZooKeeper致力于提供一个高性能、高可用，且具有严格的顺序访问控制能力（主要是写操作的严格顺序性）的分布式协调服务。高性能使得ZooKeeper能够应用于那些对系统吞吐有明确要求的大型分布式系统中，高可用使得分布式的单点问题得到了很好的解决，而严格的顺序访问控制使得客户端能够基于ZooKeeper实现一些复杂的同步原语。下面我们来具体看一下ZooKeeper的四个设计目标。

• 目标一：简单的数据模型
• 目标二：可以构建集群
• 目标三：顺序访问
• 目标四：高性能

ZooKeeper的基本概念

集群角色

通常在分布式系统中，构成一个集群的每一台机器都有自己的角色，最典型的集群模式就是Master/Slave模式（主备模式）。在这种模式中，我们把能够处理所有写操作的机器称为Master机器，把所有通过异步复制方式获取最新数据，并提供读服务的机器称为Slave机器。

而在ZooKeeper中，这些概念被颠覆了。他没有沿用传统的Master/Slave概念，而是引入了Leader、Follower和Observer三种角色。ZooKeeper集群中的所有机器通过一个Leader选举过程来选定一台被称为“Leader”的机器，Leader服务器为客户端提供读和写服务。除Leader外，其他机器包括Follower和Observer。Follower和Observer都能够提供读服务，唯一的区别在于，Observer机器不参与Leader选举过程，也不参与写操作的“过半写成功”策略，因此Observer可以在不影响写性能的情况下提升集群的读性能。

会话（Session）

Session是指客户端会话，在讲解会话之前，我们首先来了解一下客户端连接。在ZooKeeper中，一个客户端连接是指客户端和服务器之间的一个TCP长连接。ZooKeeper对外的服务端口默认是2181，客户但启动的时候，首先会与服务器建立一个TCP连接，从第一次连接建立开始，和护短会话的生命周期也开始了，通过这个连接，客户端能够通过心跳检测与服务器保持有效地会话，也能够向ZooKeeper服务器发送请求并接受响应，同时还能够通过该连接接收来自服务器的Watch事件通知。Session的sessionTimeout值用来设置一个客户端会话的超时时间。当由于服务器压力太大、网络故障或是客户端主动断开连接等各种原因导致客户端连接断开时，只要在sessionTimeout规定的时间内能够重新连接上集群中任意一台服务器，那么之前创建的会话仍然有效。

数据节点（ZNode）

在谈到分布式的时候，我们通常说的“节点”是指组成集群的每一台机器。然而，在ZooKeeper中，“节点”分为两类，第一类同样是指构成集群的机器，我们称之为机器节点；第二类则是指数据模型中的数据单元，我们称之为数据节点——ZNode。ZooKeeper将所有数据存储在内存中，数据模型是一棵树（ZNode Tree），由斜杠（/）进行分割的路径，就是一个ZNode，例如/foo/path1。每个ZNode上都会保存自己的数据内容，同时还会保存一系列属性信息。

在ZooKeeper中，ZNode可以分为持久节点和临时节点两类。所谓持久节点是指一旦一个ZNode被创建了，除非主动进行ZNode的移除操作，否则这个ZNode将一直保存在ZooKeeper上。而面临节点就不一样了，他的声明周期和客户端会话绑定，一旦客户端会话失效，那么这个客户端创建的所有临时节点都会被移除。另外，ZooKeeper还允许用户为每个节点添加一个特殊的属性：SEQUENTIAL。一旦节点被标记上这个属性，那么在这个节点被创建的时候，ZooKeeper会自动在其节点后面追加上一个整型数字，这个整型数字是一个由父节点维护的自增数字。

版本

在前面我们已经提到，ZooKeeper的每个ZNode上都会存储数据，对应于每个ZNode，ZooKeeper都会为其维护一个叫做Stat的数据结构，Stat中记录了这个ZNode的三个数据版本，分别是version（当前ZNode的版本）、cversion（当前ZNode子节点的版本）和aversion（当前ZNode的ACL版本）。

事件监听器（Watcher）

是ZooKeeper中的一个很重要的特性。ZooKeeper允许用户在指定节点上注册一些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ZooKeeper实现分布式协调服务的重要特性。

ACL

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。ZooKeeper定义了如下5种权限。

• CREATE：创建子节点的权限。
• READ：获取节点数据和子节点列表的权限。
• WRITE：更新节点数据的权限。
• DELETE：删除子节点的权限。
• ADMIN：设置节点ACL的权限。

其中尤其需要注意的是，CREATE和DELETE这两种权限都是针对子节点的权限控制。

为什么选择ZooKeeper

在解决分布式数据一致性上，除了ZooKeeper之外，目前还没有一个成熟稳定且被大规模应用的解决方案。ZooKeeper无论从性能、易用性还是稳定性上来说，都已经达到了一个工业级产品的标准。

其次，ZooKeeper是开放源码的，所有都在关注他的发展，都有权利来贡献自己的力量，你可以和全世界成千上万的ZooKeeper开发者们一起交流使用经验，共同解决问题。

另外，ZooKeeper是免费的，你无须为他支付任何费用。这点对于一个小型公司，尤其是初创团队来说，无疑是非常重要的。

最后，ZooKeeper已经得到了广泛的应用。诸如Hadoop、HBase、Storm和Solr等越来越多的大型分布式项目都已经将ZooKeeper作为其核心组件，用于分布式协调。