Zookeeper学习：Zookeeper 简介

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上注册那些观察者做出相应的反应。

2. 基本概念

Zookeeper是一个开源的分布式协调服务，其设计目标是将那些复杂的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，并以一些简单的接口提供给用户使用。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订阅/发布、负载均衡、命名服务、集群管理、分布式锁和分布式队列等功能

集群⻆色 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，最典型的集群就是Master/Slave模式（主备模式），此情况下把所有能够处理写操作的机器称为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为Slave机器。 而在Zookeeper中，这些概念被颠覆了。它没有沿用传递的Master/Slave概念，而是引入了Leader、Follower、Observer三种角色。Zookeeper集群中的所有机器通过Leader选举来选定一台被称为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都能提供读服务，唯一的区别在于Observer不参与Leader选举过程，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性能。会话（session） Session指客户端会话，一个客户端连接是指客户端和服务端之间的一个TCP长连接，Zookeeper对外的服务端口默认为2181，客户端启动的时候，首先会与服务器建立一个TCP连接，从第一次连接建立开始，客户端会话的生命周期也开始了，通过这个连接，客户端能够心跳检测与服务器保持有效的会话，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受来自服务器的Watch事件通知。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 /app/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。版本 Zookeeper的每个Znode上都会存储数据，对于每个ZNode，Zookeeper都会为其维护一个叫作 Stat 的数据结构，Stat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）、aversion（当前ZNode的ACL版本）。Watcher（事件监听器） Wathcer（事件监听器），是Zookeeper中一个很重要的特性，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，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，其定义了如下五种权限∶
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

3. 特点

Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。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。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。数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

4. 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。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。

5. 应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

5.1 统一命名服务

在分布式环境下，经常需要对应用 / 服务进行统一命名，便于识别。例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

5.2 统一配置管理

分布式环境下，配置文件同步非常常见

一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如 Kafka 集群对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上

配置管理可交由ZooKeeper实现

可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode各个客户端服务器监听这个Znode一 旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器

5.3 统一集群管理

分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的

可根据节点实时状态做出一些调整

ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化

可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode监听这个ZNode可获取它的实时状态变化

5.4 服务器动态上下线

5.5 软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求