ZooKeeper系列(6)：ZooKeeper的伸缩性和Observer角色

ZooKeeper系列文章：http://www.javashuo.com/article/p-waqydwdc-bt.html

 

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1.ZooKeeper中的角色

在比较老的ZooKeeper版本中，只有两种角色：leader和follower。后来引入了一种新角色Observer，Observer角色除了不能投票(以及和投票相关的能力)外，其它和follower功能同样。

因此，在ZooKeeper中：

• 投票角色：leader、follower。
  
• 无票角色：observer。

2.ZooKeeper如何处理请求？

ZooKeeper集群中的每一个server都能为客户端提供读、写服务。

对于客户端的读请求，server会直接从它本地的内存数据库中取出数据返回给客户端，这个过程不涉及其它任何操做，也不会联系leader。

对于客户端的写请求，由于写操做会修改znode的数据、状态，因此必需要在ZooKeeper集群中进行协调。处理过程以下：

1. 收到写请求的那个server，首先将写请求发送给leader。
   
2. leader收到来自follower(或observer)的写请求后，首先计算此次写操做以后的状态，而后将这个写请求转换成带有各类状态的事务(如版本号、zxid等等)。
   
3. leader将这个事务以提议的方式广播出去(即发送proposal)。
   
4. 全部follower收到proposal后，对这个提议进行投票，投票完成后返回ack给leader。follower的投票只有两种方式：(1)确认此次提议表示赞成；(2)丢弃此次提议表示不一样意。
   
5. leader收集投票结果，只要投票数量达到了大多数的要求(例如，5个节点的集群，3个或3个以上的节点才算大多数)，此次提议就经过。
   
6. 提议经过后，leader向全部server发送一个提交通知。
   
7. 全部节点将此次事务写入事务日志，并进行提交。
   
8. 提交后，收到写请求的那个server向客户端返回成功信息。

下面是ZooKeeper集群处理写请求过程的一个简图：

当ZooKeeper集群中follower的数量不少时，投票过程会成为一个性能瓶颈，为了解决投票形成的压力，因而出现了observer角色。

observer角色不参与投票，它只是投票结果的"听众"，除此以外，它和follower彻底同样，例如能接受读、写请求。就这一个特色，让整个ZooKeeper集群性能大大改善。

和follower同样，当observer收到客户端的读请求时，会直接从内存数据库中取出数据返回给客户端。

对于写请求，当写请求发送到某server上后，不管这个节点是follower仍是observer，都会将它发送给leader。而后leader组织投票过程，全部server都收到这个proposal(包括observer，由于proposal是广播出去的)，可是leader和follower以及observer经过配置文件，都知道本身是否是observer以及谁是observer。本身是observer的server不参与投票。当leader收集完投票后，将那些observer的server去掉，在剩下的server中计算大多数，若是投票结果达到了大多数，此次写事务就成功，因而leader通知全部的节点(包括observer)，让它们将事务写入事务日志，并提交。

3.Observer的优势

observer角色除了减轻了投票的压力，还带来了几个额外的优势。

1.提升了伸缩性。

伸缩性指的是经过添加服务器来负载请求，从而提升整个集群处理请求的能力。也就是"一头牛拉不动了，找更多牛来拉"。

在出现Observer以前，ZooKeeper集群的伸缩性由follower来实现。虽然对于读写操做来讲，follower是"无状态"的，这使得添加新的follower到集群(或者从集群中减小follower)很方便，能提升ZooKeeper集群负载能力。可是，对于投票来讲，follower是有状态的，增、减follower的数量，都直接影响投票结果，特别是follower的数量越多，投票过程的性能就越差。

而observer不管是读写请求仍是投票，都是无状态的，增、减observer的数量不会影响投票结果。这样就可让一部分server做为follower参与投票，另外一部分做为observer单纯地提供读写服务。这使得ZooKeeper的伸缩性大大提升。

2.部署跨地区的ZooKeeper数据中心更方便。

observer能直接从本地内存数据库中取出数据来响应读请求，因此提升了读的吞吐量。对于写请求，虽然它要发送给leader并接受leader的通知，但相比于投票过程当中传递的信息，它的数据量很小，因此即便在广域网也能有很好的性能。

实际上，不少跨机房、跨地区的数据中心就是经过observer来实现的。

4.如何配置Observer？

要配置observer，只需稍微修改一下配置文件便可。

首先，在想要成为observer的配置文件中，加上下面一行：

peerType=observer

这表示这个server以observer角色运行，即不参与投票。

再在全部 server的配置文件中，修改server.X配置项，在那些observer的节点上加上:observer后缀。

例如，server.1对应的server要做为observer：

server.1=IP:2181:3181:observer

这样配置后，ZooKeeper集群中的全部服务器节点都知道哪些节点扮演的是observer角色。