一、ZooKeeper简介

1. ZooKeeper是什么

​ Apache ZooKeeper是一个开源的分布式服务框架，为分布式应用提供协调服务，用来解决分布式应用中的数据管理问题，如：配置管理、域名服务、分布式同步、集群管理等

官网 https://zookeeper.apache.org/

ZooKeeper视频教程 http://edu.51cto.com/course/16190.html

2. ZooKeeper组成

​ 主要包括两部分：文件系统、通知机制

2.1 文件系统

​ ZooKeeper维护一个类似Linux文件系统的数据结构，用于存储数据

• 数据模型结构是一种树形结构，由许多节点构成
• 每个节点叫做ZNode(ZooKeeper Node)
• 每个节点对应一个唯一路径，通过该路径来标识节点，如 /app1/p_2
• 每个节点只能存储大约1M的数据

​ 节点类型有四种：

• 持久化目录节点 persistent
• 客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在
• 持久化顺序编号目录节点 persistent_sequential
• 客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002.....
• 临时目录节点 ephemeral
• 客户端与服务器断开连接，该节点会被删除
• 临时顺序编号目录节点 ephemeral_sequential
• 客户端与服务器断开连接，该节点会被删除，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002.....

2.2 通知机制

​ ZooKeeper是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架

1. ZooKeeper负责管理和维护项目的公共数据，并授受观察者的注册(订阅)
2. 一旦这些数据发生变化，ZooKeeper就会通知已注册的观察者
3. 此时观察者就可以做出相应的反应

​ 简单来说，客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化时，ZooKeeper会通知客户端

​ ZooKeeper是一个订阅中心(注册中心)

3. 应用场景

3.1 配置管理

​ 场景：集群环境、服务器的许多配置都是相同的，如：数据库连接信息，当需要修改这些配置时必须同时修改每台服务器，很麻烦

​ 解决：把这些配置全部放到ZooKeeper上，保存在ZooKeeper的某个目录节点中，然后所有的应用程序(客户端)对这个目录节点进行监视Watch，一旦配置信息发生变化，ZooKeeper会通知每个客户端，然后从ZooKeeper获取新的配置信息，并应用到系统中。

3.2 集群管理

​ 场景：集群环境下，如何知道有多少台机器在工作？是否有机器退出或加入？需要选举一个总管master，让总管来管理集群

​ 解决：在父目录GroupMembers下为所有机器创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化，一旦有机器挂掉，该机器与ZooKeeper的连接断开，其所创建的临时目录节点被删除，所有其他机器都会收到通知。当有新机器加入时也是同样的道理。

​ 选举master：为所有机器创建临时顺序编号目录节点，给每台机器编号，然后每次选取编号最小的机器作为master

3.3 负载均衡

​ ZooKeeper本身是不提供负载均衡策略的，需要自己实现，所以准确的说，是在负载均衡中使用ZooKeeper来做集群的协调(也称为软负载均衡)

​ 实现思路：

1. 将ZooKeeper作为服务的注册中心，所有服务器在启动时向注册中心登陆自己能够提供的服务
2. 服务的调用者到注册中心获取能够提供所需要服务的服务器列表，然后自己根据负载均衡算法，从中选取一台服务器进行连接
3. 当服务器列表发生变化时，如：某台服务器宕机下线，或新机器加入，ZooKeeper会自动通知调用者重新获取服务列表

​ 实际上利用了ZooKeeper的特性，将ZooKeeper用为服务的注册和变更通知中心

二、ZooKeeper安装

1. 安装

​ ZooKeeper一般都运行在Linux平台

​ 步骤：

1. 解压zookeeper-3.4.13.tar.gz

cd ~/softwaretar -zxf zookeeper-3.4.13.tar.gz

1. 配置

# 创建存放数据文件的目录cd zookeeper-3.4.13/mkdir data# 创建配置文件cd confcp zoo_sample.cfg zoo.cfg # 默认使用的是zoo.cfg，名称固定# 修改配置文件vi zoo.cfgdataDir=../data # 指定数据存放目录

2. 启动zookeeper

cd bin./zkServer.sh start | stop | status | restart # 启动|停止|查看状态|重启

2. 客户端连接zookeeper

./zkCli.sh # 启动客户端，默认连接本机的2181端口或./zkCli.sh -server 服务器地址：端口 # 连接指定主机、指定端口的zookeeperquit # 退出客户端

2. 配置文件

配置项含义说明tickTime=2000心跳时间维持心跳的时间间隔，单位是毫秒
在zookeeper中所有的时间都是以这个时间为基础单元，进行整数倍配置initLimit=10初始通信时限用于zookeeper集群，此时有多台zookeeper服务器，其中一个为Leader，其他都为FollowersyncLimit=5同步通信时限在运行时Leader通过心跳检测与Follower进行通信，如果超过syncLimit*tickTime时间还未收到响应，则认为该Follower已经宕机dataDir=../data存储数据的目录数据文件也称为snapshot快照文件clientPort=2181端口号默认为2181maxClientCnxns=60单个客户端的最大连接数限制默认为60，可以设置为0，表示没有限制autopurge.snapRetainCount=3保留文件的数量默认3个autopurge.purgeInterval=1自动清理快照文件和事务日志的频率默认为0，表示不开启自动清理，单位是小时dataLogDir=存储日志的目录未指定时日志文件也存放在dataDir中，为了性能最大化，一般建议把dataDir和dataLogDir分别放到不同的磁盘上

三、客户端操作

1. 常用命令

命令作用说明help查看帮助查看所有操作命令ls 节点路径查看指定节点下的内容 ls2 节点路径查看指定节点的详细信息查看所有子节点和当前节点的状态create 节点路径 内容创建普通节点如果内容中有空格，则需要使用对双引号引起来get 节点路径获取节点中的值 create -e 节点路径 内容创建临时节点当连接断开后，节点会被自动删除create -s 节点路径 内容创建顺序编号节点即带序号的节点delete 节点路径删除节点只能删除空节点，即不能有子节点rmr 节点路径递归删除节点remove recursionstat 节点路径查看节点状态 set 节点路径 新值修改节点内容

2. 详解

​ 查看指定节点的详细信息： ls2 /

# 子节点名称数组[zookeeper] # -----------节点的状态信息，也称为stat结构体-------------------# 创建该znode的事务的zxid(ZooKeeper Transaction ID)# 事务ID是ZooKeeper为每次更新操作/事务操作分配一个全局唯一的id，表示zxid，值越小，表示越先执行cZxid = 0x0 # 0x0表示十六进制数0# 创建时间ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970# 最后一次更新的zxidmZxid = 0x0# 最后一次更新的时间mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970# 最后更新的子节点的zxidpZxid = 0x0# 子节点的变化号，表示子节点被修改的次数，-1表示从未被修改过cversion = -1# 当前节点的变化号，0表示从未被修改过dataVersion = 0# 访问控制列表的变化号 access control listaclVersion = 0# 如果临时节点，表示当前节点的拥有者的sessionId# 如果不是临时节点，则值为0ephemeralOwner = 0x0# 数据长度dataLength = 0# 子节点数据numChildren = 1

​ 顺序编号节点：

• 顺序编号会紧跟在节点名称后面，节点最终名称为：节点名+序号，如/test0000000005
• 顺序编号是一个递增的计数器
• 顺序编号是由父节点维护，从已有的子节点个数开始(包括临时节点和被删除的节点)
• 如果子节点为空，则从0000000000开始，依次递增1
• 在分布式系统中，顺序编号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端就可以根据序号推断事件的顺序

四、ZooKeeper集群

1. 配置集群

​ 步骤：

1. 准备多台ZooKeeper服务器
2. 配置ZooKeeper服务器
3. 在每台服务器的conf/zoo.cfg文件中添加如下内容：

server.20=192.168.4.20:2888:3888server.21=192.168.4.21:2888:3888server.22=192.168.4.22:2888:3888

1. 格式：server.A=B:C:D

• A表示这台服务器的编号ID，是一个数字
• B表示服务器的IP地址或域名
• C表示这台服务器与集群中的Leader交换信息时使用的端口
• D表示执行选举Leader服务器时互相通信的端口

1. 创建myid配置文件
2. 在集群环境下，需要在dataDir目录中创建一个名为myid的文件，文件内容是当前服务器的编号ID，即上面配置的A

cd dataecho A的值 > myid

1. ZooKeeper启动时会读取这个文件，将里面的数字与zoo.cfg中配置的server.A进行比较，从而判断这台服务器是哪个
2. 测试集群环境
3. 启动所有ZooKeeper服务器，查看状态
4. 此时在某台服务器上执行更新操作时，其他服务器也会同步

2. 集群特性

• 一个ZooKeeper集群中，有一个领导者Leader和多个跟随者Follower
• Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态
• Follower用于接收客户端的请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票
• 半数机制：集群中只要有半数以上节点存活，集群就能够正常工作，所以一般集群中的服务器个数都为奇数
• 全局数据一致：集群中每台服务器保存一份相同的数据副本，不论客户端连接到哪个服务器，数据都是一致的
• 更新请求顺序执行：来自同一个客户端的更新请求，按其发送顺序依次执行
• 数据更新的原子性：一次数据更新，要么成功，要么失败
• 实时性：在一定的时间范围内，客户端能读取到最新数据

3. 选举机制

​ ZooKeeper在提供服务时会自动选举一个节点服务器作为Leader，其他都是Follower

​ 选举流程：

1. Server1启动，给自己投票，然后发送投票信息，由于其它服务器都还没启动，所以它发现的消息收不到任何反馈，此时Server1为Looking状态
2. Server2启动，给自己投票，同时与Server1通信交换选举结果，由于Server2的id值较大，所以Server2胜出，但由于投票数没有过半，此时Server1和Server2都为Looking状态
3. Server3启动，给自己投票，同时与Server1和Server2通信交换选举结果，由于Server3的id值较大，所以Server3胜出，此时票数已经过半，所以Server3为Leader，Server1和Server2为Follower
4. Server4启动，给自己投票，同时与Server1、Server2、Server3通信交换选举结果，尽管Server4的id较大，但由于集群中已经存在Leader，所以Server4只能为Follower
5. Server5启动，同Server4类似，只能为Follower

​ 总结：

• 每个服务器在启动时都会选择自己，然后将投票信息发送出去
• 服务器编号ID越大，在选择算法中的权重越大
• 投票数必须过半，才能选出Leader
• 谁是Leader：启动顺序的前集群数/2+1个服务器中，id值最大的会成为Leader

4. 监听机制

4.1 监听节点值的变化

# 在集群的A服务器，监听某个节点值的变化get /yyy watch # 在集群的B服务器，修改对应节点的值set /yyy myyyy # 此时A服务器会收到事件NodeDataChangedWATCHER::WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/yyy

监听Watch事件是一个一次性的触发器，当数据改变时只会触发一次，如果以后这个数据再发生改变，则不会再次触发

4.2 监听节点的子节点变化

# 在集群的A服务器，监听某个节点的子节点的变化 ls /yyy watch # 在集群的B服务器，创建/修改/删除对应节点的子节点create /yyy/hello hello # 此时A服务器会收到事件NodeChildrenChangedWATCHER::WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/yyy

五、Java访问ZooKeeper

Java操作Zookeeper很简单，只需要添加ZooKeeper客户端的依赖即可，可以进行节点信息的获取、管理等。

​ 步骤：

1. 添加jar包

org.apache.zookeeper zookeeper 3.4.13

1. 操作

public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException { //获取ZooKeeper的连接，即创建ZooKeeper的客户端 String connectString = "127.0.0.1:2181"; //服务器地址 int sessionTimeout = 3000; //超时时间，单位为毫秒 Watcher watcher = new MyWatcher(); ZooKeeper zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watcher);  Thread.sleep(2000); System.out.println(zkClient.getState());  /** * 操作ZooKeeper */ //查看指定节点下的内容 List children = zkClient.getChildren("/