ZooKeeper 入门

ZooKeeper 是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是 Google 的 Chubby 一个开源的实现，是 Hadoop 和 Hbase 的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

ZooKeeper 的目标就是封装好复杂易出错的关键服务，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

认识 Apache ZooKeeper

文件系统

ZooKeeper 提供了一个多层级的节点命名空间。与文件系统不同的是，这些节点都可以设置关联的数据，而文件系统中只有文件节点可以存放数据而目录节点不行。ZooKeeper 为了保证高吞吐和低延迟，在内存中维护了一个树状的目录结构，使得 ZooKeeper 不能用于存放大量的数据，每个节点的存放数据上限为 1M。

四种类型的节点

1. PERSISTENT – 持久化目录节点
2. PERSISTENT_SEQUENTIAL – 持久化顺序编号目录节点
3. EPHEMERAL – 临时目录节点
4. EPHEMERAL_SEQUENTIAL – 临时顺序编号目录节点

Watcher 机制

针对每个节点的操作，都会有一个监督者 watcher，当监控的某个对象（znode）发生了变化，则触发 watcher 事件。ZooKeeper 的 watcher 是一次性的，触发后立即销毁。

父节点、子节点增删改都能够触发其 watcher。

对于不同类型的操作，触发 watcher 事件也不同：

1. （子）节点创建事件
2. （子）节点删除事件
3. （子）节点数据变化事件

设置 watcher

get path [watch]

watcher 事件类型：

• NodeCreated：创建父节点触发
• NodeDataChanged：修改父节点数据触发
• NodeDeleted：删除父节点触发
• NodeChildrenChanged：创建、删除子节点触发

ACL（Access Control Lists） 权限控制

针对节点 key 设置相关读写等权限，保障数据安全性。权限 permissions 可以指定不同的权限范围以及角色。

getAcl：获取某个节点的 ACL 权限信息
setAcl：设置某个节点的 ACL 权限信息
addauth：输入认证授权信息

ACL 构成
[schema:id:permissions]

• schema：代表采用的某种权限机制
• id：代表允许访问的用户
• permissions：权限组合字符串

schema
world：world 下只有一个 id，即只有一个用户，也就是 anyone
world:anyont:[permissions]

auth：代表认证登录，需要注册用户有权限，明文
auth:password:[permissions]

digest：需要对密码加密才能访问，密文
digest:username:BASE64(SHA1(password)):[permissions]

ip：限制 ip 进行访问
ip:192.168.1.101:[permissions]

super：超级管理员，拥有所有权限

permissions
权限字符串缩写 crdwa

• CREATE：创建子节点
• READ：获取节点/子节点
• DELETE：删除子节点
• WRITE：设置节点数据
• ADMIN：设置权限

ZooKeeper 用途

命名服务

通过指定的名字来获取资源或者服务地址，利用 ZooKeeper 创建一个全局路径，这个路径可以作为一个名字，提供服务地址，或者一个远程对象。

配置管理

将程序的配置信息存放在 ZooKeeper 的节点下，当有配置发生改变时，即节点发生变化，通过 watch 机制通知对应客户端更改配置。

分布式锁

保持独占：将 ZooKeeper 的一个节点看作一把锁，通过创建节点 /distribute_lock 的方式实现加锁，由最终成功创建节点的客户端拥有锁，使用后删除节点便可释放锁。
控制时序：当锁节点 /distribute_lock 已经存在时，所有客户端在它下面创建临时顺序目录子节点，由编号最小的获得锁，用完删除节点便可释放锁。

ZooKeeper 注意事项

客户端的读请求可以被集群中的任意一台机器处理；写请求会发送给所有机器并达成一致后，才会返回成功。因此，随着 ZooKeeper 的集群机器增多，读请求的吞吐量会提高但是请求的吞吐会下降。

ZooKeeper 具有有序性，更新都是全局有序的，每个更新都有一个唯一的时间戳 zxid（ZooKeeper Transaction Id）。

ZooKeeper 四字命令

stat：查看 ZooKeeper 的状态信息，以及是否 mode
ruok：查看当前 ZooKeeper 是否启动，返回 imok
dump：列出未经处理的会话和临时节点
conf：查看服务器配置
cons：展示连接到服务器的客户端信息
envi：环境变量
mntr：监控 Zookeeper 的健康信息
wchs： 展示 watch 信息
wchc、wchp：session 与 watch 及 path 与 watch 信息

ZooKeeper 的 原生 API 调用

ZooKeeper API 的核心部分是 org.apache.zookeeper.ZooKeeper 类。它提供了在其构造函数中连接 ZooKeeper 集合的选项，并具有以下方法：

• connect - 连接到ZooKeeper集合
• create- 创建znode
• exists- 检查znode是否存在及其信息
• getData - 从特定的znode获取数据
• setData - 在特定的znode中设置数据
• getChildren - 获取特定znode中的所有子节点
• delete - 删除特定的znode及其所有子项
• close - 关闭连接

连接 ZooKeeper

注意
本地 Java 程序连接虚拟机 Linux 的 ZooKeeper 时，需把虚拟机的 IP 配置在本地 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts 中，否则，会导致连接超时。

引入 ZooKeeper 依赖

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
            <version>3.4.14</version>
        </dependency>
    </dependencies>

使用构造方法连接

    ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher)

参数：

• connectString：连接服务器的 ip 字符串，比如"192.168.1.1:2181,192.168.1.2:2181,192.168.1.3:2181"，可以是一个 ip，也可以是多个 ip，一个 ip 代表单机，多个 ip 代表集群
• sessionTimeout：超时时间
• watcher：通知事件，如果有对应的事件触发，则会收到一个通知
• canBeReadOnly：可读，当这个物理机节点断开后，还是可以读到数据的，只是不能写，此时数据被读取到的可能是旧数据，不推荐使用

操作 ZooKeeper

1. 创建 Znode

// 同步创建
String create(final String path, byte data[], List<ACL> acl, CreateMode createMode)
// 异步创建
void create(final String path, byte data[], List<ACL> acl, CreateMode createMode,  StringCallback cb, Object ctx)

参数：

• path：Znode 路径
• data：要存储在指定 Znode 路径中的数据
• acl：要创建的节点的访问控制列表
• createMode：节点的类型
• cb：回调

2. 修改 Znode 数据

// 同步修改
Stat setData(final String path, byte data[], int version)
// 异步修改
void setData(final String path, byte data[], int version, StatCallback cb, Object ctx)

参数：

• version：Znode 的当前版本。每当数据更改时，ZooKeeper 会更新 Znode 的版本号

3. 删除 Znode

// 同步删除
void delete(final String path, int version)
// 异步删除
void delete(final String path, int version, VoidCallback cb, Object ctx)

4. 查看 Znode

// 同步查看
byte[] getData(String path, Watcher watcher, Stat stat)
// 异步查看
void getData(final String path, Watcher watcher, DataCallback cb, Object ctx)

参数：

• watcher：监视器类型的回调函数。当指定 Znode 的数据改变时，ZooKeeper 集合将通过监视器回调进行通知。这是一次性通知。
• stat：返回 Znode 的元数据。

5. 检查 Znode 是否存在

// 同步检查
Stat exists(final String path, Watcher watcher)
// 异步检查
void exists(final String path, Watcher watcher, StatCallback cb, Object ctx)

6. 获取 Znode 的子节点

// 同步获取子节点
List<String> getChildren(final String path, Watcher watcher)
// 异步获取子节点
void getChildren(final String path, Watcher watcher, ChildrenCallback cb, Object ctx)
void getChildren(final String path, Watcher watcher, Children2Callback cb, Object ctx)

参数：
ChildrenCallback：获取子节点的回调
Children2Callback：获取子节点及其 stat 的回调

不足之处

1. 不支持自动超时重连，需要手动操作
2. Watch 注册一次后会失效
3. 不支持递归创建节点

参考

1. GitHub 代码
2. ZooKeeper 分布式专题与 Dubbo 微服务入门
3. ZooKeeper 的 W3C 教程