0204-Zookeeper
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第一章 Zookeeper入门
1.1 概述
- Zookeeper是一个开源的分布式的, 为分布式应用提供协调服务的Apache项目
- Zookeeper从设计模式角度来理解:是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架,它负责存储和管理大家都关心的数据,然后接受观察者的注册,一旦这些数据的状态发生变化,Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应,从而实现集群中类似Master/Slave管理模式
- 没有zookeeper时:
- 有了zookeeper之后
zookeeper相当于班主任, 来协调学生和教师之间的教学事务, 所有的学生在班主任那里注册, 班主任保存教师的信息, 当教师有事情无法正常上课时 , 班主任就通知学生.
1.2 特点
1)Zookeeper:一个领导者(leader),多个跟随者(follower)组成的集群。
2)Leader负责进行投票的发起和决议,更新系统状态
3)Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果,在选举Leader过程中参与投票
4)集群中只要有半数以上节点存活,Zookeeper集群就能正常服务。
5)全局数据一致:每个server保存一份相同的数据副本,client无论连接到哪个server,数据都是一致的。
6)更新请求顺序进行,来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行。
7)数据更新原子性,一次数据更新要么成功,要么失败。
8)实时性,在一定时间范围内,client能读到最新数据。
1.3 数据结构
ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似,整体上可以看作是一棵树,每个节点称做一个ZNode。
很显然zookeeper集群自身维护了一套数据结构。这个存储结构是一个树形结构,其上的每一个节点,我们称之为"znode",每一个znode默认能够存储1MB的数据,每个ZNode都可以通过其路径唯一标识
1.4 应用场景
分布式消息同步和协调机制、服务器节点动态上下线、统一配置管理、负载均衡、集群管理等。
第二章 Zookeeper安装
2.1 本地模式安装部署
- 安装前准备
(1) 安装JDK
(2) 拷贝Zookeeper安装包到Linux系统下
(3) 解压到指定目录
[yanlzh@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/
- 配置修改
(1) 将/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg
[yanlzh@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg
(2) 打开zoo.cfg文件,修改dataDir路径:
修改如下内容:
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData
(3) 在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹
[yanlzh@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir zkData
- 操作Zookeeper
(1) 启动Zookeeper
[yanlzh@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start
(2) 查看状态
[yanlzh@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: standalone
(3)启动客户端
[yanlzh@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh
(4)退出客户端
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit
(5)停止zookeeper
[yanlzh@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop
2.2 配置参数解读
Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下:
- tickTime =2000:通信心跳数,Zookeeper服务器与客户端心跳时间,单位毫秒
Zookeeper使用的基本时间,服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔,也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳,时间单位为毫秒。
它用于心跳机制,并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)
- initLimit =10:LF初始通信时限
集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器之间初始连接时能容忍的最多心跳数(tickTime的数量),用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。
- syncLimit =5:LF同步通信时限
集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位,假如响应超过syncLimit * tickTime,Leader认为Follwer死掉,从服务器列表中删除Follwer。
- dataDir:数据文件目录+数据持久化路径
主要用于保存Zookeeper中的数据。
- clientPort =2181:客户端连接端口
监听客户端连接的端口。
2.2 分布式安装部署
- 集群规划
在node01、node02和node03三个节点上部署Zookeeper。
- 解压安装
(1) 解压Zookeeper安装包到/opt/module/目录下
(2) 同步/opt/module/zookeeper-3.4.10目录内容到node02、node03
[yanlzh@node01 module]$ xsync zookeeper-3.4.10/
- 配置服务器编号
(1) 在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData
[yalzh@node01 zookeeper-3.4.10]$ mkdir -p zkData
(2) 在/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件
[yanlzh@node01 zkData]$ touch myid
(3) 编辑myid文件
在文件中添加与server对应的编号1
并分别在node02、node03上修改myid文件中内容为2、3
- 配置zoo.cfg文件
(1) zoo.cfg 中添加
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData
server.1=node01:2888:3888
server.2=node02:2888:3888
server.3=node03:2888:3888
(2) 分发zoo.cfg 文件
(3) 配置参数解读
server.A=B:C:D
A是一个数字,表示这个是第几号服务器;
集群模式下配置一个文件myid,这个文件在dataDir目录下,这个文件里面有一个数据就是A的值,Zookeeper启动时读取此文件,拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。
B是这个服务器的地址;
C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口;
D是万一集群中的Leader服务器挂了,需要一个端口来重新进行选举,选出一个新的Leader,而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。
- 集群操作
#! /bin/bash
case $1 in
"start"){
for i in node01 node02 node03
do
echo " --------启动 $i zookeeper-------"
ssh $i "zkServer.sh start"
done
};;
"stop"){
for i in node01 node02 node03
do
echo " --------关闭 $i zookeeper-------"
ssh $i "zkServer.sh stop"
done
};;
esac
第三章 Zookeeper实战
3.1 客户端命令操作
- 启动客户端
[yanlzh@node01 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh
- 显示所有命令
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help
- 查看当前znode中所包含的内容
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zookeeper]
- 查看当前节点的详细数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /
[zookeeper]
cZxid = 0x0
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
mZxid = 0x0
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
pZxid = 0x0
cversion = -1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 0
numChildren = 1
- 分别创建2个普通节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create /sanguo "jinlian"
Created /sanguo
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /sanguo/shuguo "liubei"
Created /sanguo/shuguo
- 获取节点的值
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /sanguo
jinlian
cZxid = 0x100000003
ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
mZxid = 0x100000003
mtime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
pZxid = 0x100000004
cversion = 1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 7
numChildren = 1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /sanguo/shuguo
liubei
cZxid = 0x100000004
ctime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018
mZxid = 0x100000004
mtime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018
pZxid = 0x100000004
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 6
numChildren = 0
- 创建短暂节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -e /sanguo/wuguo "zhouyu"
Created /sanguo/wuguo
- 创建带序号的节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -s /sanguo/weiguo/xiaoqiao "jinlian"
Created /sanguo/weiguo/xiaoqiao0000000000
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -s /sanguo/weiguo/daqiao "jinlian"
Created /sanguo/weiguo/daqiao0000000001
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /sanguo/weiguo/diaocan "jinlian"
Created /sanguo/weiguo/diaocan0000000002
- 修改节点数据值
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] set /sanguo/weiguo "simayi"
- 节点的值变化监听
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /sanguo watch
- 节点的子节点变化监听(路径变化)
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /sanguo watch
[aa0000000001, server101]
- 删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /sanguo/jin
- 递归删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] rmr /sanguo/shuguo
- 查看节点状态
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] stat /sanguo
cZxid = 0x100000003
ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
mZxid = 0x100000011
mtime = Wed Aug 29 00:21:23 CST 2018
pZxid = 0x100000014
cversion = 9
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 4
numChildren = 1
3.2 API应用
- 创建zookeeper客户端
private static String connect = "node01:2181, node02:2181,node03:2181";
private static int sessionTimeOut = 2000;
private ZooKeeper zkClient = null;
// 创建zk客户端
@Before
public void init() throws IOException {
zkClient = new ZooKeeper(connect, sessionTimeOut, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
// 监听发生后所要触发的事件
// 收到事件通知后的回调函数(用户的业务逻辑)
System.out.println(event.getType()+"--"+ event.getPath());
}
});
}
- 创建子节点
// 创建子节点
@Test
public void create() throws Exception {
/*
* 参数1:要创建的节点的路径
* 参数2:节点数据
* 参数3:节点权限
* 参数4:节点的类型
* */
zkClient.create("/test", "yanlz".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}
- 获取子节点并监听节点变化
// 获取子节点并监听节点变化
@Test
public void getChildren() throws Exception {
List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);
for (String child : children) {
System.out.println(child);
}
}
- 判断znode是否存在
// 判断Znode是否存在
@Test
public void exist() throws Exception {
Stat stat = zkClient.exists("/idea", false);
System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");
}
3.3 监听服务器节点动态上下线案例
- 需求
某分布式系统中,主节点可以有多台,可以动态上下线,任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线。 - 需求分析
- 具体实现
(0) 先在集群上创建/servers节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /servers "servers"
Created /servers
(1) 服务器向zk注册
public class DistributeServer {
private static String connect = "node01:2181,node02:2181,node03:2181";
private static int sessiontTimeOut = 2000;
private ZooKeeper zk = null;
private String parentNode = "/servers";
// 创建到zk的客户端连接
public void getConnect() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(connect, sessiontTimeOut, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
}
});
}
// 向zk注册服务器
public void registServer(String hostname) throws Exception {
String registed = zk.create(parentNode + "/server", hostname.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
System.out.println(hostname + "is online" + registed);
}
// 服务器的业务功能
public void business(String hostname) throws Exception {
System.out.println(hostname + "is working");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1. 获取zk连接
DistributeServer server = new DistributeServer();
server.getConnect();
// 2. 利用zk连接注册服务器信息
server.registServer(args[0]);
// 3. 启动业务功能
server.business(args[0]);
}
}
(2) 客户端代码
public class DistributeClient {
private static String connect = "node01:2181,node02:2181,node03:2181";
private static int sessiontTimeOut = 2000;
private ZooKeeper zk = null;
private String parentNode = "/servers";
// 创建到zk的客户端连接
public void getConnect() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(connect, sessiontTimeOut, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println("listener server");
// 再次启动监听
try {
getServerList();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
// 获取服务器列表信息
public void getServerList() throws Exception {
// 1. 获取服务器子节点信息, 并且对父节点进行监听
List<String> children = zk.getChildren(parentNode, true);
// 2. 存储服务器信息列表
ArrayList<String> servers = new ArrayList<String>();
// 3. 遍历所有节点, 获取节点中的主机名称信息
for (String child : children) {
byte[] data = zk.getData(parentNode + "/" + child, false, null);
servers.add(data.toString());
}
// 4. 打印服务器列表信息
System.out.println(servers);
}
// 业务功能
public void business() throws InterruptedException {
System.out.println("client is working");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1. 获取zk连接
DistributeClient client = new DistributeClient();
client.getConnect();
// 2. 获取servers的子节点信息, 从中获取服务器列表信息
client.getServerList();
// 3. 业务进程启动
client.business();
}
}
第四章 Zookeeper内部原理
4.1 节点类型
4.2 stat结构体
4.3 监听器原理
- 监听器原理详解
(1) 首先要有一个Main线程
(2) 在main线程中创建zookeeper客户端, 这是就会创建两个线程, 一个负责网络连接通信(connect), 一个负责监听(listener)
(3) 通过connect线程将注册的监听事件发送给zookeeper
(4) 在zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中
(5) zookeeper监听到有数据或路径的变化, 就会将这个消息发送给listener线程
(6) listener线程内部调用process()方法
- 常见的监听
(1) 监听节点数据的变化
get path [watch]
(2) 监听子节点增减的变化
ls path [watch]
4.4 Paxos算法
4.5 选举机制
- 半数机制
集群中半数以上机器存活,集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。- Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave。但是,Zookeeper工作时,是有一个节点为Leader,其他则为Follower,Leader是通过内部的选举机制临时产生的。
- 以一个简单的例子来说明整个选举的过程。
假设有五台服务器组成的Zookeeper集群,它们的id从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,都是一样的。假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么,
- 服务器1启动,发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票,不够半数以上(3票),选举无法完成,服务器1状态保持为LOOKING;
- 服务器2启动,再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息:此时服务器1发现服务器2的ID比自己目前投票推举的(服务器1)大,更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票,服务器2票数2票,没有半数以上结果,选举无法完成,服务器1,2状态保持LOOKING
- 服务器3启动,发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果:服务器1为0票,服务器2为0票,服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数,服务器3当选Leader。服务器1,2更改状态为FOLLOWING,服务器3更改状态为LEADING;
- 服务器4启动,发起一次选举。此时服务器1,2,3已经不是LOOKING状态,不会更改选票信息。交换选票信息结果:服务器3为3票,服务器4为1票。此时服务器4服从多数,更改选票信息为服务器3,并更改状态为FOLLOWING;
- 服务器5启动,同4一样当小弟。