Zookeeper由来以及结构特性和功能特性

一. Zookeeper的诞生背景

早期我们是单一的应用架构，随着互联网的快速发展和体量的不断增长，后端的架构通过垂直伸缩的方式很难达到我们期望的性能要求,同时投入产出比也非常大，普通 PC 的性能也越来越高，所以通过水平伸缩的方式来提升性能成为了主流。

在分布式架构下，当服务越来越多，规模越来越大时，对应的机器数量也越来越大，单靠人工来管理和维护服务及地址的配置地址信息会越来越困难，单点故障的问题也开始凸显出来，一旦服务路由或者负载均衡服务器宕机，依赖他的所有服务均将失效。赖他的所有服务均将失效。此时，需要一个能够动态注册和获取服务信息的地方。来统一管理服务名称和其对应的服务器列表信息，称之为服务配置中心，服务提供者在启动时，将其提供的服务名称、服务器地址注册到服务配置中心，服务消费者通过服务配置中心来获得需要调用的服务的机器列表。通过相应的负载均衡算法，选取其中一台服务器进行调用。当服务器宕机或者下线时，相应的机器需要能够动态地从服务配置中心里面移除，并通知相应的服务消费者，否则服务消费者就有可能因为调用到已经失效服务而发生错误，在这个过程中，服务消费者只有在第一次调用服务时需要查询服务配置中心，然后将查询到的信息缓存到本地，后面的调用直接使用本地缓存的服务地址列表信息，而不需要重新发起请求到服务配置中心去获取相应的服务地址列表，直到服务的地址列表有变更（机器上线或者下线）。这种无中心化的结构 解决了之前负载均衡设备所导致的单点故障问题，并且大大减轻了服务配置中心的压力.

于是Zookeeper就诞生了,zookeeper 是一个开源的，由雅虎公司创建，是 google chubby 的开源实现。zookeeper 的设计目标是将哪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（由若干条指令组成的，完成一定功能的一个过程），并且以一些列简单一用的接口提供给用户使用. -----基本上这些玩意都是简化开发.

举个实例,类似于下图,如果我们做个主备分布式服务器,我们只用service1执行task任务,后面的2,3做备用,我们就需要考虑一些问题,如下
而如果我们引入了Zookeeper,我们可以利用其基于树形结构下做顺序结点,即时通知我们的三台服务器,目前是谁来执行

二 .ZooKeeper提供的常见服务如下 :W3C原文地址直通车

• 命名服务 - 按名称标识集群中的节点。它类似于DNS，但仅对于节点。
• 配置管理 - 加入节点的最近的和最新的系统配置信息。
• 集群管理 - 实时地在集群和节点状态中加入/离开节点。
• 选举算法 - 选举一个节点作为协调目的的leader。
• 锁定和同步服务 - 在修改数据的同时锁定数据。此机制可帮助你在连接其他分布式应用程序（如Apache HBase）时进行自动故障恢复。
• 高度可靠的数据注册表 - 即使在一个或几个节点关闭时也可以获得数据。

分布式应用程序提供了很多好处，但它们也抛出了一些复杂和难以解决的挑战。ZooKeeper框架提供了一个完整的机制来克服所有的挑战。竞争条件和死锁使用故障安全同步方法进行处理。另一个主要缺点是数据的不一致性，ZooKeeper使用原子性解析。

三.ZooKeeper的架构

看看下面的图表。它描述了ZooKeeper的“客户端-服务器架构”。

层次命名空间

下图描述了用于内存表示的ZooKeeper文件系统的树结构。ZooKeeper节点称为 znode 。每个znode由一个名称标识，并用路径(/)序列分隔。

• 在图中，首先有一个由“/”分隔的znode。在根目录下，你有两个逻辑命名空间 config 和 workers 。
• config 命名空间用于集中式配置管理，workers 命名空间用于命名。
• 在 config 命名空间下，每个znode最多可存储1MB的数据。这与UNIX文件系统相类似，除了父znode也可以存储数据。这种结构的主要目的是存储同步数据并描述znode的元数据。此结构称为 ZooKeeper数据模型。

ZooKeeper数据模型中的每个znode都维护着一个 stat 结构。一个stat仅提供一个znode的元数据。它由版本号，操作控制列表(ACL)，时间戳和数据长度组成。

• 版本号 - 每个znode都有版本号，这意味着每当与znode相关联的数据发生变化时，其对应的版本号也会增加。当多个zookeeper客户端尝试在同一znode上执行操作时，版本号的使用就很重要。
• 操作控制列表(ACL) - ACL基本上是访问znode的认证机制。它管理所有znode读取和写入操作。
• 时间戳 - 时间戳表示创建和修改znode所经过的时间。它通常以毫秒为单位。ZooKeeper从“事务ID"(zxid)标识znode的每个更改。Zxid 是唯一的，并且为每个事务保留时间，以便你可以轻松地确定从一个请求到另一个请求所经过的时间。
• 数据长度 - 存储在znode中的数据总量是数据长度。你最多可以存储1MB的数据。

四.Zookeeper的结点Znode的类型

Znode被分为持久（persistent）节点，顺序（sequential）节点和临时（ephemeral）节点。

• 持久节点 - 即使在创建该特定znode的客户端断开连接后，持久节点仍然存在。默认情况下，除非另有说明，否则所有znode都是持久的。
• 临时节点 - 客户端活跃时，临时节点就是有效的。当客户端与ZooKeeper集合断开连接时，临时节点会自动删除。因此，只有临时节点不允许有子节点。如果临时节点被删除，则下一个合适的节点将填充其位置。临时节点在leader选举中起着重要作用。
• 顺序节点 - 顺序节点可以是持久的或临时的。当一个新的znode被创建为一个顺序节点时，ZooKeeper通过将10位的序列号附加到原始名称来设置znode的路径。例如，如果将具有路径 /myapp 的znode创建为顺序节点，则ZooKeeper会将路径更改为 /myapp0000000001 ，并将下一个序列号设置为0000000002。如果两个顺序节点是同时创建的，那么ZooKeeper不会对每个znode使用相同的数字。顺序节点在锁定和同步中起重要作用。

五. Sessions（会话）

会话对于ZooKeeper的操作非常重要。会话中的请求按FIFO顺序执行。一旦客户端连接到服务器，将建立会话并向客户端分配会话ID 。

客户端以特定的时间间隔发送心跳以保持会话有效。如果ZooKeeper集合在超过服务器开启时指定的期间（会话超时）都没有从客户端接收到心跳，则它会判定客户端死机。

会话超时通常以毫秒为单位。当会话由于任何原因结束时，在该会话期间创建的临时节点也会被删除。

六. Watches（监视）

监视是一种简单而重要的的机制，使客户端收到关于ZooKeeper集合中的更改的通知。客户端可以在读取特定znode时设置Watches。Watches会向注册的客户端发送任何znode（客户端注册表）更改的通知。

Znode更改是与znode相关的数据的修改或znode的子项中的更改。只触发一次watches。如果客户端想要再次通知，则必须通过另一个读取操作来完成。当连接会话过期时，客户端将与服务器断开连接，相关的watches也将被删除。

Zookeeper的日志存储

Zookeeper数据存储是基于DataTree的,底层用ConcurrentHashMap实现
Zookeeper日志类型大致三三种
事务日志:由我们的Zoo.config里的datadir指定存储位置
快照日志
运行时日志: bin/zookeeper.out

ZK安装

参考:

zookeeper文档: https://zookeeper.apache.org/doc/current/index.html
[W3C Zookeeper手册!~大全!!!基本都是参考上面的.]
(https://www.w3cschool.cn/zookeeper/zookeeper_overview.html)

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