深刻了解ZooKeeper（二）
在上篇博客<< 深刻了解ZooKeeper（一）>>中咱们知道了分布式协调技术、分布式锁的实现和zookeeper服务机制，接下来将进一步了解zookeeper究竟能为咱们作了什么以及如何去实现的！
1. 内容思惟导图
2. ZooKeeper提供了什么？
2.1 设计原则
（1）最终一致性html
client不论链接到哪一个Server，展现给它的都是同一个视图node
（2）可靠性算法
具备简单、健壮、良好的性能，若是消息messgae被一台服务器接受，那么它将被全部的服务器接受数据库
（3）实时性服务器
Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内得到服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。但因为网络延时等缘由，Zookeeper不能保证两个客户端能同时获得刚更新的数据，若是须要最新数据，应该在读数据以前调用sync()接口网络
（4）等待无关（wait-free）数据结构
慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每一个client都能有效的等待并发
（5）原子性分布式
更新智能成功或者失败，没有中间状态post
（6）顺序性
包括全局有序和偏序两种，全局有序是指若是在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在全部Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指若是一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面
2.2 角色
Zookeeper中的角色主要有如下三类，以下表所示：
2.3 文件系统
Zookeeper维护一个相似文件系统的数据结构：
每一个子目录都被称为znode，和文件系统同样能够增长、删除和修改，惟一不一样的是znode能够存储数据，znode有四种类型：
（1）PERSISTENT-持久化目录节点
客户端与zookeeper断开链接后，该节点依旧存在
（2） PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化顺序编号目录节点
客户端与zookeeper断开链接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
（3）EPHEMERAL-临时目录节点
客户端与zookeeper断开链接后，该节点被删除
（4）EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序编号目录节点
客户端与zookeeper断开链接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
2.4 通知机制
客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、被删除、子目录节点增长删除）时，zookeeper会通知客户端。watch触发器实现zookeeper的通知机制，关于watch的触发机制看上篇博客。
2.5 系统模型
3. 咱们用Zookeeper能作什么？
3.1 命名服务
这个彷佛最简单，在zookeeper的文件系统里建立一个目录，即有惟一的path。在咱们使用tborg没法肯定上游程序的部署机器时便可与下游程序约定好path，经过path即能互相探索发现，不见不散了。
3.2 配置管理
程序老是须要配置的，若是程序分散部署在多台机器上，要逐个改变配置就变得困难。好吧，如今把这些配置所有放到zookeeper上去，保存在 Zookeeper 的某个目录节点中，而后全部相关应用程序对这个目录节点进行监听，一旦配置信息发生变化，每一个应用程序就会收到 Zookeeper 的通知，而后从 Zookeeper 获取新的配置信息应用到系统中就好。
3.3 集群管理
所谓集群管理无在意两点：是否有机器退出和加入、选举master
（1）机器退出和加入
全部机器约定在父目录GroupMembers下建立临时目录节点，而后监听父目录节点的子节点变化消息。一旦有机器挂掉，该机器与 zookeeper的链接断开，其所建立的临时目录节点被删除，全部其余机器都收到通知：某个兄弟目录被删除，因而，全部人都知道：它上船了。新机器加入 也是相似，全部机器收到通知：新兄弟目录加入，highcount又有了。
（2）master选举
咱们稍微改变一下，全部机器建立临时顺序编号目录节点，每次选取编号最小的机器做为master就好
3.4 分布式锁
有了zookeeper的一致性文件系统，锁的问题变得容易。锁服务能够分为两类，一个是保持独占，另外一个是控制时序。
（1）保存独占
咱们将zookeeper上的一个znode看做是一把锁，经过createznode的方式来实现。全部客户端都去建立 /distribute_lock 节点，最终成功建立的那个客户端也即拥有了这把锁。厕全部言：来也冲冲，去也冲冲，用完删除掉本身建立的distribute_lock 节点就释放出锁。
（2）控制时序
/distribute_lock 已经预先存在，全部客户端在它下面建立临时顺序编号目录节点，和选master同样，编号最小的得到锁，用完删除，依次进行
3.5 队列管理
两种类型的队列：
（1） 同步队列，当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，不然一直等待全部成员到达
在约定目录下建立临时目录节点，监听节点数目是不是咱们要求的数目
（2）队列按照 FIFO 方式进行入队和出队操做
和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致，入列有编号，出列按编号
4. Zookeeper如何实现集群维护一个文件系统的？
4.1 分布式与数据复制
Zookeeper做为一个集群提供一致的数据服务，天然，它要在全部机器间作数据复制。
4.1.1 数据复制的好处
（1）容错
一个节点出错，不致于让整个系统中止工做，别的节点能够接管它的工做
（2）提升系统的扩展能力
把负载分布到多个节点上，或者增长节点来提升系统的负载能力
（3）提升性能
让客户端本地访问就近的节点，提升用户访问速度
4.1.2 数据复制集群系统分类
从客户端读写访问的透明度来看，数据复制集群系统分下面两种：
（1）写主(WriteMaster)
对数据的修改提交给指定的节点。读无此限制，能够读取任何一个节点。这种状况下客户端须要对读与写进行区别，俗称读写分离
（2）写任意(Write Any)
对数据的修改可提交给任意的节点，跟读同样。这种状况下，客户端对集群节点的角色与变化透明
对zookeeper来讲，它采用的方式是写任意。经过增长机器，它的读吞吐能力和响应能力扩展性很是好，而写，随着机器的增多吞吐能力确定降低（这 也是它创建observer的缘由），而响应能力则取决于具体实现方式，是延迟复制保持最终一致性，仍是当即复制快速响应。咱们关注的重点仍是在如何保证数据在集群全部机器的一致性，这就涉及到paxos算法。
4.2 数据一致性与paxos算法
听说Paxos算法的难理解与算法的知名度同样使人敬仰，因此咱们先看如何保持数据的一致性，这里有个原则就是：
在一个分布式数据库系统中，若是各节点的初始状态一致，每一个节点都执行相同的操做序列，那么他们最后能获得一个一致的状态。
Paxos算法解决的什么问题呢，解决的就是保证每一个节点执行相同的操做序列。好吧，这还不简单，master维护一个全局写队列，全部写操做都必须 放入这个队列编号，那么不管咱们写多少个节点，只要写操做是按编号来的，就能保证一致性。没错，就是这样，但是若是master挂了呢。
Paxos算法经过投票来对写操做进行全局编号，同一时刻，只有一个写操做被批准，同时并发的写操做要去争取选票，只有得到过半数选票的写操做才会被 批准（因此永远只会有一个写操做获得批准），其余的写操做竞争失败只好再发起一轮投票，就这样，在日复一日年复一年的投票中，全部写操做都被严格编号排 序。编号严格递增，当一个节点接受了一个编号为100的写操做，以后又接受到编号为99的写操做（由于网络延迟等不少不可预见缘由），它立刻能意识到本身 数据不一致了，自动中止对外服务并重启同步过程。任何一个节点挂掉都不会影响整个集群的数据一致性（总2n+1台，除非挂掉大于n台）。