概述

ZooKeeper是一种集中式服务，用于维护配置信息，命名，提供分布式同步和提供组服务。所有这些类型的服务都以分布式应用程序的某种形式使用。每次实施它们都需要做很多工作来修复不可避免的错误和竞争条件。由于难以实现这些类型的服务，应用程序最初通常会吝啬它们，这使得它们在变化的情况下变得脆弱并且难以管理。即使正确完成，这些服务的不同实现也会在部署应用程序时导致管理复杂性。

ZK集群架构设计

ZK主要分为三种角色：

• Leader（领导者）：一个Zookeeper集群同一时间只会有一个实际工作的Leader，它会发起并维护与各 Follwer及Observer间的心跳。所有的写操作必须要通过Leader完成再由Leader将写操作广播给其它服务器。
• Follower（跟随者）：一个Zookeeper集群可能同时存在多个Follower，它会响应Leader的心跳。Follower 可以处理客户端的读请求，但写请求转发给Leader处理，并且负责参与新 leader的选举、响应 leader 的提议。
• Observer（观察者）：无投票权，不参加选举， 也不响应提议。Observer不需要将事务持久化到磁盘，如 果重启需要从 leader 重新同步整个名字空间。

ZK特性：

• 顺序一致性
• 实时性
• 原子性

ZK数据结构与存储

ZK数据结构模型

节点存储容量不能超过1M。
ZNode节点类型：
Znode的分为四类：

• 持久节点（persistent node）：节点会被持久化处理，执行命令： create /apps/app1 “order” 。
• 临时节点（ephemeral node）：客户端断开连接后，ZooKeeper会自动删除临时节点， 执行命令： create -e /apps/app1 “order” 。
• 顺序节点（sequential node）：每次创建顺序节点时，ZooKeeper都会在路径后面自动添加上10位的数 字，从1开始，最大值为2147483647 （2^32-1），每个顺序节点都有一个单独的计数器，并且单调递增 的，由 leader 实例维护，执行命令： create -s /apps/app1 “order” 。
• 临时顺序节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）：基本特性与临时节点一致，创建节点的过程中，zookeeper 会在其名字后自动追加一个单调增长的数字后缀，作为新的节点名。
  ZNode节点属性：

[zk:    localhost:2181(CONNECTED)    1]    get    /testNode test 
cZxid    =    0x2 
ctime    =    Fri    Aug    06    22:28:23    CST    2020 
mZxid    =    0x2 
mtime    =    Fri    Aug    06    22:28:23    CST    2020 
pZxid    =    0x2 
cversion    =    0 
dataVersion    =    0 
aclVersion    =    0 
ephemeralOwner    =    0x0 
dataLength    =    4 
numChildren    =    0

ZK数据存储方式

数据存储方式分为三类：
1.内存数据

内存数据结构分为三类：

• DataTree： 内存数据存储的核心
• DataNode： 数据存储的最小单元
• ZKDatabase： ZK的内存数据库

2. 事务日志
事务日志处理流程：

事务日志文件内容示例：
查看日志命令：

java ‐classpath .:./lib/slf4j‐api‐1.7.25.jar:./zookeeper‐3.4.14.jar org.apache.zookeeper.server.LogFormatter /data/zookeeper/version‐2/log.100000001 > log1.log

产生日志内容：

3/14/22 8:55:19 PM EDT session 0x20003a778cc0012 cxid 0xa9 zxid 0x1000001bc delete '/lock‐ namespace/shared_lock/order/W‐0000000016 
3/14/22 8:55:29 PM EDT session 0x20003a778cc0012 cxid 0xb0 zxid 0x1000001bd delete '/lock‐ namespace/shared_lock/order/W‐0000000017 
3/14/22 9:46:18 PM EDT session 0x20003a778cc0012 cxid 0xb1 zxid 0x1000001be create '/lock‐ namespace/shared_lock/order/W-0000000018,#3139322e3136382e3132332e313033,v{s{31,s{'world,'anyone}}},T,19 
3/14/22 9:46:38 PM EDT session 0x20003a778cc0012 cxid 0xb4 zxid 0x1000001bf delete '/lock‐ namespace/shared_lock/order/W‐0000000018

3. 数据快照（snapshot）
数据快照用来记录Zookeeper服务器上某一时刻的全量内存数据内容，并将其写入指定的磁盘文件中。 Zookeeper在进行若干次事务日志记录后，将内存数据库的全量数据Dump到本地文件中，这个就是数据快照
快照查看命令：

java ‐classpath .:./lib/slf4j‐api‐1.7.25.jar:./zookeeper‐3.4.14.jar org.apache.zookeeper.server.SnapshotFormatter /data/zookeeper/version‐2/snapshot.100000000 > snap1.log

其处理步骤如下：

1. 检查是否需要进行数据快照，每一次事务日志记录之后，Zookeeper都会检测是否需要进行数据快照， 考虑到数据快照对于Zookeeper机器的影响，需要尽量避免ZK集群中的所有机器在同一时刻进行数据快照。 采用过半随机策略进行数据快照操作。
2. 切换事务日志文件，表示当前的事务日志已经写满，需要重新创建一个新的事务日志。
3. 创建数据快照的异步线程，创建单独的异步线程来进行数据快照以避免影响Zookeeper主线程的运行状态。
4. 获取全量数据和会话信息，从ZKDatabase数据库中获取到DataTree和会话信息。
5. 生成快照数据文件名，ZK根据当前已经提交的最大ZXID来生成数据快照文件名。
6. 数据序列化，首先序列化文件头信息，然后再对会话信息和DataTree分别进行序列化，同时生成一个 Checksum校验文件，一并写入快照文件中。