znode

ZooKeeper以一种类似于文件系统的树形数据结构实现名称空间。名称空间中的每个节点都是一个znode。znode和文件系统的路径不一样，在文件系统中，路径只是一个名称，不包含数据。而znode不仅是一个路径，还携带数据。

ZooKeeper数据树结构示例

需要注意，虽然是树形数据结构，但ZooKeeper是内存数据库，节点的信息全都存放在内存中(在写操作达到一定次数后，会对内存数据库拍快照，将其序列化到磁盘上)，所以在文件系统中是看不到这个树形结构的，不过可以借助ZooKeeper的第三方web工具来查看。

除了数据外，znode还管理了其他一些元数据，存储在stat对象中：

• 版本号：znode的数据每次更新时，该版本号递增。当客户端请求该znode时，数据和版本号会一起发回。另外，当znode重建时版本号会被重置，这似乎很自然，但很多时候这是巨坑的来源，比如：客户端执行了’set /test “testdata” 1’，即指定版本1写/test节点，之后该znode被删除重建，数据默认置为“”，版本号还是1，此时客户端请求时虽然该版本号仍然存在，但已经是错误的数据了。
• ACL：即Access Control List，用来限定哪些账号可以操作该znode。ZooKeeper内置了4种ACL模式，第1种是any，即不鉴权；第2种是super，即不受任何ACL约束的管理员模式；第3种是digest，使用用户名和密码进行认证；第4种是SASL，通常使用Kerberos协议来认证，但Kerberos也是个大坑，并且对性能也有一定影响。
• 时间戳：其实就是zxid，存储该znode创建或修改时的时间戳，用于缓存验证或协调更新等。

znode的属性

ZooKeeper命名空间中的每个znode都有一个与之关联的stat结构，类似于Unix/Linux文件系统中文件的stat结构。 znode的stat结构中的字段显示如下，各自的含义如下：

• cZxid：这是导致创建znode更改的事务ID。
• mZxid：这是最后修改znode更改的事务ID。
• pZxid：这是用于添加或删除子节点的znode更改的事务ID。
• ctime：表示从1970-01-01T00:00:00Z开始以毫秒为单位的znode创建时间。
• mtime：表示从1970-01-01T00:00:00Z开始以毫秒为单位的znode最近修改时间。
• dataVersion：表示对该znode的数据所做的更改次数。
• cversion：这表示对此znode的子节点进行的更改次数。
• aclVersion：表示对此znode的ACL进行更改的次数。
• ephemeralOwner：如果znode是ephemeral类型节点，则这是znode所有者的 session ID。 如果znode不是ephemeral节点，则该字段设置为零。
• dataLength：这是znode数据字段的长度。
• numChildren：这表示znode的子节点的数量。

操作znode

ZooKeeper的API暴露了以下方法：

create/path data

创建一个名为/path的znode节点，并包含数据data。

delete /path

删除名为/path的znode。

exists /path

检查是否存在名为/path的节点。

setData /path data

设置名为/path的znode的数据为data。

getData /path

返回名为/path节点的数据信息。

getChildren /path

返回所有/path节点的所有子节点列表。

需要注意的是，ZooKeeper并不允许局部写入或读取znode节点的数据。当设置一个znode节点的数据或读取时，znode节点的内容会被整个替换或全部读取进来。

znode的不同类型

当新建znode时，还需要指定该节点的类型（mode），不同的类型决定了znode节点的行为方式。

持久节点和临时节点

znode节点可以是持久（persistent）节点，还可以是临时（ephemeral）节点。持久的znode，如/path，只能通过调用delete来进行删除。临时的znode与之相反，当创建该节点的客户端崩溃或关闭了与ZooKeeper的连接时，这个节点就会被删除。

持久znode是一种非常有用的znode，可以通过持久类型的znode为应用保存一些数据，即使znode的创建者不再属于应用系统时，数据也可以保存下来而不丢失。例如，在主-从模式例子中，需要保存从节点的任务分配情况，即使分配任务的主节点已经崩溃了。

临时znode传达了应用某些方面的信息，仅当创建者的会话有效时这些信息必须有效保存。例如，在主从模式的例子中，当主节点创建的znode为临时节点时，该节点的存在意味着现在有一个主节点，且主节点状态处于正常运行中。如果主znode消失后，该znode节点仍然存在，那么系统将无法监测到主节点崩溃。这样就可以阻止系统继续进行，因此这个znode需要和主节点一起消失。我们也在从节点中使用临时的znode，如果一个从节点失效，那么会话将会过期，之后znode/workers
也将自动消失。

一个临时znode，在以下两种情况下将会被删除：

• 1.当创建该znode的客户端的会话因超时或主动关闭而中止时。
• 2.当某个客户端（不一定是创建者）主动删除该节点时。

因为临时的znode在其创建者的会话过期时被删除，所以我们现在不允许临时节点拥有子节点。

有序节点

一个znode还可以设置为有序（sequential）节点。一个有序znode节点被分配唯一个单调递增的整数。当创建有序节点时，一个序号会被追加到路径之后。例如，如果一个客户端创建了一个有序znode节点，其路径为/tasks/task-，那么ZooKeeper将会分配一个序号，如1，并将这个数字追加到路径之后，最后该znode节点为/tasks/task-1。有序znode通过提供了创建具有唯一名称的znode的简单方式。同时也通过这种方式可以直观地查看znode的创建顺序。
总之，znode一共有4种类型：

• 持久的（persistent）
• 临时的（ephemeral）
• 持久有序的（persistent_sequential）
• 临时有序的（ephemeral_sequential）

监视与通知

ZooKeeper通常以远程服务的方式被访问，如果每次访问znode时，客户端都需要获得节点中的内容，这样的代价就非常大。因为这样会导致更高的延迟，而且ZooKeeper需要做更多的操作。考虑下图的例子，第二次调用getChildren/tasks返回了相同的值，一个空的集合，其实是没有必要的。

同一个znode的多次读取

这是一个常见的轮询问题。为了替换客户端的轮询，我们选择了基于通知（notification）的机制：客户端向ZooKeeper注册需要接收通知的znode，通过对znode设置监视点（watch）来接收通知。监视点是一个单次触发的操作，意即监视点会触发一个通知。为了接收多个通知，客户端必须在每次通知后设置一个新的监视点。在下图的情况下，当节点/tasks发生变化时，客户端会收到一个通知，并从ZooKeeper读取一个新值。

使用通知机制来获悉znode的变化

当使用通知机制时，还有一些需要知道的事情。因为通知机制是单次触发的操作，所以在客户端接收一个znode变更通知并设置新的监视点时，znode节点也许发生了新的变化（不要担心，你不会错过状态的变化）。让我们看一个例子来说明它到底是怎么工作的。假设事件按以下顺序发生：

• 1.客户端c1 设置监视点来监控/tasks数据的变化。
• 2.客户端c1 连接后，向/tasks中添加了一个新的任务。
• 3.客户端c1 接收通知。
• 4.客户端c1 设置新的监视点，在设置完成前，第三个客户端c3 连接后，向/tasks中添加了一个新的任务。

客户端c1 最终设置了新的监视点，但由c3 添加数据的变更并没有触发一个通知。为了观察这个变更，在设置新的监视点前，c1 实际上需要读取节点/tasks的状态，通过在设置监视点前读取ZooKeeper的状态，最终，c1 就不会错过任何变更。

ZooKeeper可以定义不同类型的通知，这依赖于设置监视点对应的通知类型。客户端可以设置多种监视点，如监控znode的数据变化、监控znode子节点的变化、监控znode的创建或删除。为了设置监视点，可以使用任何API中的调用来读取ZooKeeper的状态，在调用这些API时，传入一个watcher对象或使用默认的watcher。

版本

每一个znode都有一个版本号，它随着每次数据变化而自增。两个API操作可以有条件地执行：setData和delete。这两个调用以版本号作转入参数，只有当转入参数的版本号与服务器上的版本号一致时调用才会成功。当多个ZooKeeper客户端对同一个znode进行操作时，版本的使用就会显得尤为重要。例如，假设客户端c1 对znode/config写入了一些配置信息，如果另一个客户端c2 同时更新了这个znode，此时c1 的版本号已经过期，c1 调用setData一定不会成功。使用版本机制有效避免了以上情况。在这个例子中，c1 在写入数据时使用的版本无法匹配，使得操作失败，下描述了这个情况。

使用版本来阻止并行操作的不一致性