搞懂分布式技术6：Zookeeper典型应用场景及实践
一.ZooKeeper典型应用场景实践
ZooKeeper是一个高可用的分布式数据管理与系统协调框架。基于对Paxos算法的实现，使该框架保证了分布式环境中数据的强一致性，也正是基于这样的特性，使得ZooKeeper解决不少分布式问题。网上对ZK的应用场景也有很多介绍，本文将介绍比较经常使用的项目例子，系统地对ZK的应用场景进行一个分门归类的介绍。node
值得注意的是，ZK并不是天生就是为这些应用场景设计的，都是后来众多开发者根据其框架的特性，利用其提供的一系列API接口（或者称为原语集），摸索出来的典型使用方法。所以，也很是欢迎读者分享你在ZK使用上的奇技淫巧。算法
1 Zookeeper数据模型
Zookeeper 会维护一个具备层次关系的数据结构，它很是相似于一个标准的文件系统，如图所示：数据库
图中的每一个节点称为一个znode. 每一个znode由3部分组成：apache
-
stat. 此为状态信息, 描述该
znode的版本, 权限等信息；设计模式 -
data. 与该znode
关联的数据；api -
children. 该znode下的
子节点；服务器
Zookeeper 这种数据结构有以下这些特色：网络
-
每一个子目录项如 NameService 都被称做为 znode，这个 znode 是被它所在的路径惟一标识，如 Server1 这个 znode 的标识为 /NameService/Server1；session
-
znode 能够有子节点目录，而且每一个 znode 能够存储数据，注意
EPHEMERAL 类型的目录节点不能有子节点目录；数据结构 -
znode 是有版本的，每一个 znode 中存储的数据能够有多个版本，
也就是一个访问路径中能够存储多份数据； -
znode 能够是临时节点，
一旦建立这个 znode 的客户端与服务器失去联系，这个 znode 也将自动删除，Zookeeper 的客户端和服务器通讯采用长链接方式，每一个客户端和服务器经过心跳来保持链接，这个链接状态称为 session，若是 znode 是临时节点，这个 session 失效，znode 也就删除了； -
znode 的
目录名能够自动编号，如 App1 已经存在，再建立的话，将会自动命名为 App2； -
znode
能够被监控，包括这个目录节点中存储的数据的修改，子节点目录的变化等，一旦变化能够通知设置监控的客户端，这个是 Zookeeper 的核心特性，Zookeeper 的不少功能都是基于这个特性实现的，后面在典型的应用场景中会有实例介绍；
znode节点的状态信息：
使用get命令获取指定节点的数据时, 同时也将返回该节点的状态信息, 称为Stat. 其包含以下字段:
czxid. 节点建立时的zxid；
mzxid. 节点最新一次更新发生时的zxid；
ctime. 节点建立时的时间戳；
mtime. 节点最新一次更新发生时的时间戳；
dataVersion. 节点数据的更新次数；
cversion. 其子节点的更新次数；
aclVersion. 节点ACL(受权信息)的更新次数；
ephemeralOwner. 若是该节点为ephemeral节点, ephemeralOwner值表示与该节点绑定的session id. 若是该节点不是 ephemeral节点, ephemeralOwner值为0. 至于什么是ephemeral节点；
dataLength. 节点数据的字节数；
numChildren. 子节点个数；
zxid：
znode节点的状态信息中包含czxid和mzxid, 那么什么是zxid呢?
ZooKeeper状态的每一次改变, 都对应着一个递增的Transaction id, 该id称为zxid. 因为zxid的递增性质, 若是zxid1小于zxid2, 那么zxid1确定先于zxid2发生. 建立任意节点, 或者更新任意节点的数据, 或者删除任意节点, 都会致使Zookeeper状态发生改变, 从而致使zxid的值增长.
session：
在client和server通讯以前, 首先须要创建链接, 该链接称为session. 链接创建后, 若是发生链接超时, 受权失败, 或者显式关闭链接, 链接便处于CLOSED状态, 此时session结束.
节点类型：
讲述节点状态的ephemeralOwner字段时, 提到过有的节点是ephemeral节点, 而有的并非. 那么节点都具备哪些类型呢? 每种类型的节点又具备哪些特色呢?
persistent. persistent节点不和特定的session绑定, 不会随着建立该节点的session的结束而消失, 而是一直存在, 除非该节点被显式删除.
ephemeral. ephemeral(临时)节点是临时性的, 若是建立该节点的session结束了, 该节点就会被自动删除. ephemeral节点不能拥有子节点. 虽然ephemeral节点与建立它的session绑定, 但只要该节点没有被删除, 其余session就能够读写该节点中关联的数据. 使用-e参数指定建立ephemeral节点.
create -e /xing/ei world
sequence. 严格的说, sequence(顺序)并不是节点类型中的一种. sequence节点既能够是ephemeral的, 也能够是persistent的. 建立sequence节点时, ZooKeeper server会在指定的节点名称后加上一个数字序列, 该数字序列是递增的. 所以能够屡次建立相同的sequence节点, 而获得不一样的节点. 使用-s参数指定建立sequence节点.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 0] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000001
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 1] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000002
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 2] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000003
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 3] create -s /xing/item world
Created /xing/item0000000004
watch：
watch的意思是监听感兴趣的事件. 在命令行中, 如下几个命令能够指定是否监听相应的事件.
ls命令. ls命令的第一个参数指定znode, 第二个参数若是为true, 则说明监听该znode的子节点的增减, 以及该znode自己的删除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 21] ls /xing true
[]
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 22] create /xing/item item000
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/xing
Created /xing/item
get命令. get命令的第一个参数指定znode, 第二个参数若是为true, 则说明监听该znode的更新和删除事件.
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 39] get /xing true
world
cZxid = 0x100000066
ctime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
mZxid = 0x100000066
mtime = Fri May 17 22:30:01 CST 2013
pZxid = 0x100000066
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 5
numChildren = 0
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 40] create /xing/item item000
Created /xing/item
[zk: localhost:4180(CONNECTED) 41] rmr /xing
WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDeleted path:/xing
2 如何使用Zookeeper
Zookeeper 做为一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，它能提供基于相似于文件系统的目录节点树方式的数据存储，可是 Zookeeper 并非用来专门存储数据的，它的做用主要是用来维护和监控你存储的数据的状态变化。经过监控这些数据状态的变化，从而能够达到基于数据的集群管理，后面将会详细介绍 Zookeeper 可以解决的一些典型问题，这里先介绍一下，Zookeeper 的操做接口和简单使用示例。
2.1 经常使用接口操做
客户端要链接 Zookeeper 服务器能够经过建立 org.apache.zookeeper.ZooKeeper 的一个实例对象，而后调用这个类提供的接口来和服务器交互。
前面说了 ZooKeeper 主要是用来维护和监控一个目录节点树中存储的数据的状态，全部咱们可以操做 ZooKeeper 的也和操做目录节点树大致同样，如建立一个目录节点，给某个目录节点设置数据，获取某个目录节点的全部子目录节点，给某个目录节点设置权限和监控这个目录节点的状态变化。
ZooKeeper 基本的操做示例：
public class ZkDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
// 建立一个与服务器的链接
ZooKeeper zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2180", 60000, new Watcher() {
// 监控全部被触发的事件
// 当对目录节点监控状态打开时，一旦目录节点的状态发生变化，Watcher 对象的 process 方法就会被调用。
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println("EVENT:" + event.getType());
}
});
// 查看根节点
// 获取指定 path 下的全部子目录节点，一样 getChildren方法也有一个重载方法能够设置特定的 watcher 监控子节点的状态
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
// 判断某个 path 是否存在，并设置是否监控这个目录节点，这里的 watcher 是在建立 ZooKeeper 实例时指定的 watcher；
// exists方法还有一个重载方法，能够指定特定的 watcher
if (zk.exists("/node", true) == null) {
// 建立一个给定的目录节点 path, 并给它设置数据；
// CreateMode 标识有四种形式的目录节点，分别是：
// PERSISTENT：持久化目录节点，这个目录节点存储的数据不会丢失；
// PERSISTENT_SEQUENTIAL：顺序自动编号的目录节点，这种目录节点会根据当前已近存在的节点数自动加 1，而后返回给客户端已经成功建立的目录节点名；
// EPHEMERAL：临时目录节点，一旦建立这个节点的客户端与服务器端口也就是 session 超时，这种节点会被自动删除；
// EPHEMERAL_SEQUENTIAL：临时自动编号节点
zk.create("/node", "conan".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node conan");
// 查看/node节点数据
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
// 查看根节点
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));
}
// 建立一个子目录节点
if (zk.exists("/node/sub1", true) == null) {
zk.create("/node/sub1", "sub1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("create /node/sub1 sub1");
// 查看node节点
System.out.println("ls /node => " + zk.getChildren("/node", true));
}
// 修改节点数据
if (zk.exists("/node", true) != null) {
// 给 path 设置数据，能够指定这个数据的版本号，若是 version 为 -1 怎能够匹配任何版本
zk.setData("/node", "changed".getBytes(), -1);
// 查看/node节点数据
// 获取这个 path 对应的目录节点存储的数据，数据的版本等信息能够经过 stat 来指定，同时还能够设置是否监控这个目录节点数据的状态
System.out.println("get /node => " + new String(zk.getData("/node", false, null)));
}
// 删除节点
if (zk.exists("/node/sub1", true) != null) {
// 删除 path 对应的目录节点，version 为 -1 能够匹配任何版本，也就删除了这个目录节点全部数据
zk.delete("/node/sub1", -1);
zk.delete("/node", -1);
// 查看根节点
System.out.println("ls / => " + zk.getChildren("/", true));