zookeeper（一）

基础概念

分布式协调技术

分布式协调技术，主要用来解决分布式环境中多个线程间的同步控制，让他们有序的访问某种临界资源，防止形成“脏数据”的后果。

分布式锁

分布式环境中，经过锁机制保证多个进程可以有序的访问的某种临界资源，该锁机制称之为分布式锁。分布式锁是分布式协调技术中的核心内容。

分布式锁的实现

面临的问题

分布式环境中，各机器经过网络实现资源共享和数据互通。问题就出在网络这，由于网络是不可靠的。

• 由于网络的不可靠，服务调用失败并不表示必定是失败的，也多是执行成功了（响应返回时失败了）
• A、B都去调用服务C，时间上A比B早一点，最后的结果不必定是A的请求先于B到达
• 为了提高可靠性，分布式环境中会部署多套服务，如何实现多套服务的一致性

分布式锁的实现者

• Google的Chubby，非开源，Google自家用
• Apache的zookeeper，开源

zookeeper概述

zookeeper，为分布式应用设计的高可用、高性能且一致的开源协调服务，提供了一项基本服务：分布式锁服务。因为zookeeper的开源特性，在分布式锁的基础上，提升了：配置维护、组服务、分布式消息队列、分布式通知/协调等。

备注：

• zk的性能特色，决定了它能够用在大型的、分布式的系统当中
• 可靠性而言，zk不会由于一个节点的错误而崩溃
• zk提供严格的序列访问控制，意味着复杂的控制原语能够应用在客户端上

zk的设计实现

zookeeper提供的服务主要是经过：数据结构 + 原语 + 通知机制，三部分实现的：

• znode，数据结构
• 原语，关于znode数据结构的操做集
• 通知机制（Wather）

ZK的数据模型

Znode模型

Znode结构

Zookeeper命名空间中的Znode，兼具文件和目录两种特色。既像文件同样维护着数据、元信息、ACL、时间戳等数据结构，又像目录同样能够做为路径标识的一部分。每个Znode由3部分组成：

1. stat：状态信息，描述该Znode的版本、权限等信息
2. data：与该Znode关联的数据
3. children：该znode下的子节点

zk虽然能够关联一些数据，但并无被设计为常规的数据库或者大数据存储，相反的是，它用来管理调度数据，好比分布式应用中的配置文件信息、状态信息、聚集位置等等。这些数据的共性都是很小的数据，一般以KB为大小为单位

数据访问

zk中每一个节点znode存储的数据要被原子性的操做，即读操做将获取节点相关的全部数据，写操做也将替换掉节点的全部数据。

此外，每个节点都拥有本身的ACL（访问控制列表），规定了用户的权限，限定了用户对目标节点的可执行操做。

节点类型

ZK的节点有两种，分别为临时节点和永久节点。节点的类型在节点建立时即被肯定，而且不能被改变。

• 临时节点，该节点的生命周期取决于它们的会话。一旦会话结束，临时节点将被自动删除，固然也能够手动删除。虽然每一个临时节点都会绑定到一个客户端会话，但它对其余客户端都是可见的。另外，zk的临时节点不容许拥有子节点。

• 永久节点，该节点的生命周期不依赖于会话，而且只有在客户端显示执行删除操做的时候，才能被删除

顺序节点

建立Znode时，用户能够请求在zk的路径结尾添加一个递增的计数器。这个计数对于此节点的父节点来讲是惟一的，它的格式为“%10d”（10为数字，没有数值的位数用0填充，例如0000000001）。

观察

客户端能够在节点上设置watcher，称之为监视器。当节点状态发生改变时（znode的增删改操做）将会触发watcher所对应的操做。当Watcher被触发时，zk将会向客户端发送且仅发送一条通知，由于watcher只能被触发一次，以减小网络流量。

zookeeper中的时间记录

zk中有多种记录时间的格式，其中包含如下几个主要属性：

1. Zxid时间戳 导致Znode节点状态改变的每个操做，都将使节点接收到一个Zxid格式的时间戳，而且该时间戳全局有序。若是Zxid1小于Zxid2，那么Zxid1所对应的事件，早于Zxid2事件发生。

Znode维护着三个Zxid，分别为：cZxid、mZxid、pZxid * cZxid，建立节点对应的Zxid时间戳 * mZxid，修改节点对应的Zxid时间戳 * pZxid，最新修改的Zxid，貌似与mZxid重合了

实现中，Zxid是一个64位的数字，其中高32位表明epoch，用来标识leader关系是否改变，每一次leader选举，都会有一个新的epoch；低32位是个递增计数。

2. 版本号 对节点的每个操做，都将导致这个节点的版本号增长。每一个节点维护着三个版本号，分别位：
   • version：节点数据版本号
   • cversion：子节点版本号
   • aversion：节点所拥有的ACL版本号

Znode节点属性

zk中每一个Znode节点拥有表示其状态的许多重要属性，以下图所示：

Zookeeper服务中操做

zk中提供了9个基本操做，如图所示：

Watch触发器

Watch概述

ZK提供为全部的读操做设置Watch，包括exists()、getChildren()及getData()。Watch事件是一次性的触发器，当Watch的对象状态发生改变时，将会触发此对象上watch事件。Watch事件被异步地发送给客户端，而且ZK为watch机制提供了有序的一致性保证。