Zookeeper面试专题

1. Zookeeper是什么框架

分布式的、开源的分布式应用程序协调服务，原本是Hadoop、HBase的一个重要组件。它为分布式应用提供一致性服务的软件，包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

2. 应用场景

Zookeeper的功能很强大，应用场景很多，结合我实际工作中使用Dubbo框架的情况，Zookeeper主要是做注册中心用。基于Dubbo框架开发的提供者、消费者都向Zookeeper注册自己的URL，消费者还能拿到并订阅提供者的注册URL，以便在后续程序的执行中去调用提供者。而提供者发生了变动，也会通过Zookeeper向订阅的消费者发送通知。

3. Paxos算法& Zookeeper使用协议

Paxos算法是分布式选举算法，Zookeeper使用的 ZAB协议（Zookeeper原子广播），二者有相同的地方，比如都有一个Leader，用来协调N个Follower的运行；Leader要等待超半数的Follower做出正确反馈之后才进行提案；二者都有一个值来代表Leader的周期。

不同的地方在于：

ZAB用来构建高可用的分布式数据主备系统（Zookeeper），Paxos是用来构建分布式一致性状态机系统。

Paxos算法、ZAB协议要想讲清楚可不是一时半会的事儿，自1990年莱斯利·兰伯特提出Paxos算法以来，因为晦涩难懂并没有受到重视。后续几年，兰伯特通过好几篇论文对其进行更进一步地解释，也直到06年谷歌发表了三篇论文，选择Paxos作为chubby cell的一致性算法，Paxos才真正流行起来。

对于普通开发者来说，尤其是学习使用Zookeeper的开发者明确一点就好：分布式Zookeeper选举Leader服务器的算法与Paxos有很深的关系。

4. Zookeeper有哪几种节点类型

持久：创建之后一直存在，除非有删除操作，创建节点的客户端会话失效也不影响此节点。

持久顺序：跟持久一样，就是父节点在创建下一级子节点的时候，记录每个子节点创建的先后顺序，会给每个子节点名加上一个数字后缀。

临时：创建客户端会话失效（注意是会话失效，不是连接断了），节点也就没了。不能建子节点。

临时顺序：不用解释了吧。

5. Zookeeper对节点的watch监听通知是永久的吗？

不是。官方声明：一个Watch事件是一个一次性的触发器，当被设置了Watch的数据发生了改变的时候，则服务器将这个改变发送给设置了Watch的客户端，以便通知它们。

为什么不是永久的，举个例子，如果服务端变动频繁，而监听的客户端很多情况下，每次变动都要通知到所有的客户端，这太消耗性能了。

一般是客户端执行getData(“/节点A”,true)，如果节点A发生了变更或删除，客户端会得到它的watch事件，但是在之后节点A又发生了变更，而客户端又没有设置watch事件，就不再给客户端发送。

在实际应用中，很多情况下，我们的客户端不需要知道服务端的每一次变动，我只要最新的数据即可。

6. 部署方式？集群中的机器角色都有哪些？集群最少要几台机器

单机，集群。Leader、Follower。集群最低3（2N+1）台，保证奇数，主要是为了选举算法。

集群如果有3台机器，挂掉一台集群还能工作吗？挂掉两台呢？

记住一个原则：过半存活即可用。

7. 集群支持动态添加机器吗？

其实就是水平扩容了，Zookeeper在这方面不太好。两种方式：

全部重启：关闭所有Zookeeper服务，修改配置之后启动。不影响之前客户端的会话。

逐个重启：顾名思义。这是比较常用的方式。

8. zookeeper是如何保证事务的顺序一致性的

zookeeper采用了递增的事务Id来标识，所有的proposal都在被提出的时候加上了zxid，zxid实际上是一个64位的数字，高32位是epoch用来标识leader是否发生改变，如果有新的leader产生出来，epoch会自增，低32位用来递增计数。当新产生proposal的时候，会依据数据库的两阶段过程，首先会向其他的server发出事务执行请求，如果超过半数的机器都能执行并且能够成功，那么就会开始执行

9. zookeeper是如何选取主leader的？

当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时zk进入恢复模式，

zk中znode类型有四种，持久化目录节点持久化顺序编号目录节点(有顺序能够在注册机器等许多场景用到) 临时目录节点临时顺序编号节点

zk的通知机制

client端会对某个znode建立一个watcher事件，当该znode发生变化时，这些client会收到zk的通知，然后client可以根据znode变化来做出业务上的改变等。

zk的配置管理

程序分布式的部署在不同的机器上，将程序的配置信息放在zk的znode下，当有配置发生改变时，也就是znode发生变化时，可以通过改变zk中某个目录节点的内容，利用water通知给各个客户端从而更改配置。

zk的命名服务

命名服务是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址，利用zk创建一个全局的路径，这个路径就可以作为一个名字，指向集群中的集群，提供的服务的地址，或者一个远程的对象等等。

分布式通知和协调

对于系统调度来说：操作人员发送通知实际是通过控制台改变某个节点的状态，然后zk将这些变化发送给注册了这个节点的watcher的所有客户端。

对于执行情况汇报：每个工作进程都在某个目录下创建一个临时节点。并携带工作的进度数据，这样汇总的进程可以监控目录子节点的变化获得工作进度的实时的全局情况。

10. 机器中为什么会有master；

在分布式环境中，有些业务逻辑只需要集群中的某一台机器进行执行，其他的机器可以共享这个结果，这样可以大大减少重复计算，提高性能，于是就需要进行master选举。

11. ZooKeeper集群中服务器之间是怎样通信的？

Leader服务器会和每一个Follower/Observer服务器都建立TCP连接，同时为每个F/O都创建一个叫做LearnerHandler的实体。LearnerHandler主要负责Leader和F/O之间的网络通讯，包括数据同步，请求转发和Proposal提议的投票等。Leader服务器保存了所有F/O的LearnerHandler。

12. zookeeper是否会自动进行日志清理？如何进行日志清理？

zk自己不会进行日志清理，需要运维人员进行日志清理

13. ZK选举过程

当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时候zk进入恢复模式，恢复模式需要重新选举出一个新的leader，让所有的Server都恢复到一个正确的状态。Zk的选举算法使用ZAB协议：

①　选举线程由当前Server发起选举的线程担任，其主要功能是对投票结果进行统计，并选出推荐的Server；

②　选举线程首先向所有Server发起一次询问(包括自己)；

③　选举线程收到回复后，验证是否是自己发起的询问(验证zxid是否一致)，然后获取对方的id(myid)，并存储到当前询问对象列表中，最后获取对方提议的leader相关信息(id,zxid)，并将这些信息存储到当次选举的投票记录表中；

④　收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的那个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server；

⑤　线程将当前zxid最大的Server设置为当前Server要推荐的Leader，如果此时获胜的Server获得n/2 + 1的Server票数，设置当前推荐的leader为获胜的Server，将根据获胜的Server相关信息设置自己的状态，否则，继续这个过程，直到leader被选举出来。

通过流程分析我们可以得出：要使Leader获得多数Server的支持，则Server总数最好是奇数2n+1，且存活的Server的数目不得少于n+1

14. master/slave之间通信

Storm：定期扫描

PtBalancer：节点监听

15. 节点变多时，PtBalancer速度变慢

类似问题：根据Netflix的Curator作者所说，ZooKeeper真心不适合做Queue，或者说ZK没有实现一个好的Queue，详细内容可以看https://cwiki.apache.org/confluence/display/CURATOR/TN4，

原因有五：

①　ZK有1MB 的传输限制。实践中ZNode必须相对较小，而队列包含成千上万的消息，非常的大。

②　如果有很多节点，ZK启动时相当的慢。而使用queue会导致好多ZNode. 你需要显著增大 initLimit 和 syncLimit.

③　ZNode很大的时候很难清理。Netflix不得不创建了一个专门的程序做这事。

④　当很大量的包含成千上万的子节点的ZNode时， ZK的性能变得不好

⑤　ZK的数据库完全放在内存中。大量的Queue意味着会占用很多的内存空间。

尽管如此， Curator还是创建了各种Queue的实现。如果Queue的数据量不太多，数据量不太大的情况下，酌情考虑，还是可以使用的。

16. 客户端对ServerList的轮询机制是什么

随机，客户端在初始化( new ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher) )的过程中，将所有Server保存在一个List中，然后随机打散，形成一个环。之后从0号位开始一个一个使用。

两个注意点：

①　Server地址能够重复配置，这样能够弥补客户端无法设置Server权重的缺陷，但是也会加大风险。（比如: 192.168.1.1:2181,192.168.1.1:2181,192.168.1.2:2181).

②　如果客户端在进行Server切换过程中耗时过长，那么将会收到SESSION_EXPIRED. 这也是上面第1点中的加大风险之处。

17. 客户端如何正确处理CONNECTIONLOSS(连接断开) 和 SESSIONEXPIRED(Session 过期)两类连接异常

在ZooKeeper中，服务器和客户端之间维持的是一个长连接，在 SESSION_TIMEOUT 时间内，服务器会确定客户端是否正常连接(客户端会定时向服务器发送heart_beat),服务器重置下次SESSION_TIMEOUT时间。因此，在正常情况下，Session一直有效，并且zk集群所有机器上都保存这个Session信息。在出现问题情况下，客户端与服务器之间连接断了（客户端所连接的那台zk机器挂了，或是其它原因的网络闪断），这个时候客户端会主动在地址列表（初始化的时候传入构造方法的那个参数connectString）中选择新的地址进行连接。

好了，上面基本就是服务器与客户端之间维持长连接的过程了。在这个过程中，用户可能会看到两类异常CONNECTIONLOSS(连接断开) 和SESSIONEXPIRED(Session 过期)。

CONNECTIONLOSS发生在上面红色文字部分，应用在进行操作A时，发生了CONNECTIONLOSS，此时用户不需要关心我的会话是否可用，应用所要做的就是等待客户端帮我们自动连接上新的zk机器，一旦成功连接上新的zk机器后，确认刚刚的操作A是否执行成功了。

18. 一个客户端修改了某个节点的数据，其它客户端能够马上获取到这个最新数据吗

ZooKeeper不能确保任何客户端能够获取（即Read Request）到一样的数据，除非客户端自己要求：方法是客户端在获取数据之前调用org.apache.zookeeper.AsyncCallback.VoidCallback, java.lang.Object) sync.

通常情况下（这里所说的通常情况满足：1. 对获取的数据是否是最新版本不敏感，2. 一个客户端修改了数据，其它客户端是否需要立即能够获取最新），可以不关心这点。

在其它情况下，最清晰的场景是这样：ZK客户端A对 /my_test 的内容从 v1->v2, 但是ZK客户端B对 /my_test 的内容获取，依然得到的是 v1. 请注意，这个是实际存在的现象，当然延时很短。解决的方法是客户端B先调用 sync(), 再调用 getData().

19. ZK为什么不提供一个永久性的Watcher注册机制

不支持用持久Watcher的原因很简单，ZK无法保证性能。

使用watch需要注意的几点

①　Watches通知是一次性的，必须重复注册.

②　发生CONNECTIONLOSS之后，只要在session_timeout之内再次连接上（即不发生SESSIONEXPIRED），那么这个连接注册的watches依然在。

③　节点数据的版本变化会触发NodeDataChanged，注意，这里特意说明了是版本变化。存在这样的情况，只要成功执行了setData()方法，无论内容是否和之前一致，都会触发NodeDataChanged。

④　对某个节点注册了watch，但是节点被删除了，那么注册在这个节点上的watches都会被移除。

⑤　同一个zk客户端对某一个节点注册相同的watch，只会收到一次通知。

⑥　Watcher对象只会保存在客户端，不会传递到服务端。

20. 我能否收到每次节点变化的通知

如果节点数据的更新频率很高的话，不能。

原因在于：当一次数据修改，通知客户端，客户端再次注册watch，在这个过程中，可能数据已经发生了许多次数据修改，因此，千万不要做这样的测试：”数据被修改了n次，一定会收到n次通知”来测试server是否正常工作。（我曾经就做过这样的傻事，发现Server一直工作不正常？其实不是）。即使你使用了GitHub上这个客户端也一样。

21. 能为临时节点创建子节点吗

不能。

22. 是否可以拒绝单个IP对ZK的访问,操作

ZK本身不提供这样的功能，它仅仅提供了对单个IP的连接数的限制。你可以通过修改iptables来实现对单个ip的限制，当然，你也可以通过这样的方式来解决。https://issues.apache.org/jira/browse/ZOOKEEPER-1320

23. 在getChildren(String path, boolean watch)是注册了对节点子节点的变化，那么子节点的子节点变化能通知吗

不能

24. 创建的临时节点什么时候会被删除，是连接一断就删除吗？延时是多少？

连接断了之后，ZK不会马上移除临时数据，只有当SESSIONEXPIRED之后，才会把这个会话建立的临时数据移除。因此，用户需要谨慎设置Session_TimeOut

深入了解课题

《Zookeeper的功能以及工作原理》

查看原文：http://www.coder306.cn/?p=131