一.zookeeper概念与运用

1.概述

为分布式应用提供协调服务的 Apache 项目；

基于设计模式角度：Zookeeper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。

Zookeeper=文件系统+通知机制

2.特点

1）Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
2）集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。
3）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。 （zookeeper仅用来存储核心信息，数据量小）
4）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。
5）数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
6）实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。（同步副本的时间短）

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，每个节点称为一个ZNode。每一个ZNode默认存储1MB的数据，每个ZNode可通过其路径唯一标识。

4.应用场景

zookeeper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

(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。

(2).统一配置管理

1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。
（1）一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，（Kafka 集群集成了zookeeper）。
（2）对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。
2）配置管理可交由ZooKeeper实现。
（1）可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。
（2）各个客户端服务器监听这个Znode。
（3）一 旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器。

(3).统一集群管理

1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。
（1）可根据节点实时状态做出一些调整。
2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化
（1）可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
（2）监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

(4).服务器动态上下线

(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

5.下载地址

官网首页

二.安装与使用

1.本地模式安装部署

1）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

 tar -zxvf zookeeper-3.5.7.tar.gz -C /opt/module/

2）配置修改
（1）将/opt/module/zookeeper-3.5.7/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg；

mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件，修改dataDir路径：

 vim zoo.cfg

修改如下内容：

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData

（3）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/这个目录上创建zkData文件夹

mkdir zkData

3）操作Zookeeper
（1）启动Zookeeper

bin/zkServer.sh start

（2）查看进程是否启动

 jps

（3）查看状态：

bin/zkServer.sh status

（4）启动客户端：

 bin/zkCli.sh

（5）退出客户端：

quit

（6）停止Zookeeper

 bin/zkServer.sh stop

2.配置参数

# The number of milliseconds of each tick
tickTime=2000
# The number of ticks that the initial 
# synchronization phase can take
initLimit=10
# The number of ticks that can pass between 
# sending a request and getting an acknowledgement
syncLimit=5
# the directory where the snapshot is stored.
# do not use /tmp for storage, /tmp here is just 
# example sakes.
dataDir=/root/zookeeper/zookeeper-3.5.0-alpha/data
dataLogDir=/root/zookeeper/zookeeper-3.5.0-alpha/logs
# the port at which the clients will connect
clientPort=2181
# the maximum number of client connections.
# increase this if you need to handle more clients
#maxClientCnxns=60
#
# Be sure to read the maintenance section of the 
# administrator guide before turning on autopurge.
#
# http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperAdmin.html#sc_maintenance
#
# The number of snapshots to retain in dataDir
#autopurge.snapRetainCount=3
# Purge task interval in hours
# Set to "0" to disable auto purge feature
#autopurge.purgeInterval=1

Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读：

1．tickTime =2000（通信心跳数，Zookeeper 服务器与客户端心跳时间，单位为毫秒）

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，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)

2．initLimit =10（Leader Follower 初始通信时限）

集群中的Follower服务器与Leader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。

3．syncLimit =5（Leader Follower 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Follower。

4．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。

5．clientPort =2181（客户端连接端口）

监听客户端连接的端口

3. 分布式安装部署

1）集群规划
在hadoop102、hadoop103和hadoop104三个节点上部署Zookeeper。
2）解压安装
（1）解压Zookeeper安装包到/opt/module/目录下

 tar -zxvf zookeeper-3.5.7.tar.gz -C /opt/module/

（2）同步/opt/module/zookeeper-3.5.7目录内容到hadoop103、hadoop104

3）配置服务器编号
（1）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/这个目录下创建zkData

mkdir -p zkData

（2）在/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData目录下创建一个myid的文件

 touch myid

添加myid文件，注意一定要在linux里面创建，在notepad++里面很可能乱码
（3）编辑myid文件

 vi myid

在文件中添加与server对应的编号：
2
（4）拷贝配置好的zookeeper到其他机器上
并分别在hadoop103、hadoop104上修改myid文件中内容为3、4
4）配置zoo.cfg文件
（1）重命名/opt/module/zookeeper-3.5.7/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg

 mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件

 vim zoo.cfg

修改数据存储路径配置
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData
增加如下配置

#######################cluster##########################
server.2=hadoop102:2888:3888
server.3=hadoop103:2888:3888
server.4=hadoop104:2888:3888

（3）同步zoo.cfg配置文件
（4）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。
5）集群操作
（1）分别启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start
[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start
[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.5.7]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看状态

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/…/conf/zoo.cfg
Mode: follower

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/…/conf/zoo.cfg
Mode: leader

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.5.7]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/…/conf/zoo.cfg
Mode: follower

3. 客户端命令行操作

三.内部原理

1.节点类型

持久（Persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
短暂（Ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除

（1）持久化目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
（2）持久化顺序编号目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
（3）临时目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除
（4）临时顺序编号目录节点
客户端 与 Zookeeper 断开连接后 ， 该 节 点 被 删 除 ， 只 是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

2.Stat 结构体

1）czxid-创建节点的事务 zxid
每次修改 ZooKeeper 状态都会收到一个 zxid 形式的时间戳，也就是 ZooKeeper 事务 ID。事务 ID 是 ZooKeeper 中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的 zxid，如果 zxid1 小于 zxid2，那么 zxid1 在 zxid2 之前发生。
2）ctime - znode 被创建的毫秒数(从 1970 年开始)
3）mzxid - znode 最后更新的事务 zxid
4）mtime - znode 最后修改的毫秒数(从 1970 年开始)
5）pZxid-znode 最后更新的子节点 zxid
6）cversion - znode 子节点变化号，znode 子节点修改次数
7）dataversion - znode 数据变化号
8）aclVersion - znode 访问控制列表的变化号
9）ephemeralOwner- 如果是临时节点，这个是 znode 拥有者的 session id。如果不是临时节
点则是 0。 10）dataLength- znode 的数据长度
11）numChildren - znode 子节点数量

选举机制（面试重点）
（1）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。
（2）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。
（3）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。

3. Zookeeper的选举机制

（1）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；
（2）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
（3）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；
（4）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；
（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

4.写数据流程