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    一起走进动物园管理员——ZooKeeper

    版权声明:?著作权归作者所有:来自CSDN博客作者汤小洋的原创作品,如需转载,请注明出处,否则将追究法律责任 http://www.2nddefence.com/tangyang8941/article/details/85230431

    一、ZooKeeper简介

    1. ZooKeeper是什么

    ? Apache ZooKeeper是一个开源的分布式服务框架,为分布式应用提供协调服务,用来解决分布式应用中的数据管理问题,如:配置管理、域名服务、分布式同步、集群管理等
    官网 https://zookeeper.apache.org/
    ZooKeeper视频教程 https://edu.csdn.net/course/detail/10450

    2. ZooKeeper组成

    ? 主要包括两部分:文件系统、通知机制

    2.1 文件系统

    ? ZooKeeper维护一个类似Linux文件系统的数据结构,用于存储数据

    • 数据模型结构是一种树形结构,由许多节点构成
    • 每个节点叫做ZNode(ZooKeeper Node)
    • 每个节点对应一个唯一路径,通过该路径来标识节点,如 /app1/p_2
    • 每个节点只能存储大约1M的数据

    在这里插入图片描述

    ? 节点类型有四种:

    • 持久化目录节点 persistent

      客户端与服务器断开连接,该节点仍然存在

    • 持久化顺序编号目录节点 persistent_sequential

      客户端与服务器断开连接,该节点仍然存在,此时节点会被顺序编号,如:000001、000002…

    • 临时目录节点 ephemeral

      客户端与服务器断开连接,该节点会被删除

    • 临时顺序编号目录节点 ephemeral_sequential

      客户端与服务器断开连接,该节点会被删除,此时节点会被顺序编号,如:000001、000002…

    2.2 通知机制

    ? ZooKeeper是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架

    1. ZooKeeper负责管理和维护项目的公共数据,并授受观察者的注册(订阅)
    2. 一旦这些数据发生变化,ZooKeeper就会通知已注册的观察者
    3. 此时观察者就可以做出相应的反应

    ? 简单来说,客户端注册监听它关心的目录节点,当目录节点发生变化时,ZooKeeper会通知客户端

    ? ZooKeeper是一个订阅中心(注册中心)

    3. 应用场景

    3.1 配置管理

    ? 场景:集群环境、服务器的许多配置都是相同的,如:数据库连接信息,当需要修改这些配置时必须同时修改每台服务器,很麻烦

    ? 解决:把这些配置全部放到ZooKeeper上,保存在ZooKeeper的某个目录节点中,然后所有的应用程序(客户端)对这个目录节点进行监视Watch,一旦配置信息发生变化,ZooKeeper会通知每个客户端,然后从ZooKeeper获取新的配置信息,并应用到系统中。

    在这里插入图片描述

    3.2 集群管理

    ? 场景:集群环境下,如何知道有多少台机器在工作?是否有机器退出或加入?需要选举一个总管master,让总管来管理集群

    ? 解决:在父目录GroupMembers下为所有机器创建临时目录节点,然后监听父目录节点的子节点变化,一旦有机器挂掉,该机器与ZooKeeper的连接断开,其所创建的临时目录节点被删除,所有其他机器都会收到通知。当有新机器加入时也是同样的道理。

    ? 选举master:为所有机器创建临时顺序编号目录节点,给每台机器编号,然后每次选取编号最小的机器作为master

    在这里插入图片描述

    3.3 负载均衡

    ? ZooKeeper本身是不提供负载均衡策略的,需要自己实现,所以准确的说,是在负载均衡中使用ZooKeeper来做集群的协调(也称为软负载均衡)

    ? 实现思路:

    1. 将ZooKeeper作为服务的注册中心,所有服务器在启动时向注册中心登陆自己能够提供的服务
    2. 服务的调用者到注册中心获取能够提供所需要服务的服务器列表,然后自己根据负载均衡算法,从中选取一台服务器进行连接
    3. 当服务器列表发生变化时,如:某台服务器宕机下线,或新机器加入,ZooKeeper会自动通知调用者重新获取服务列表

    ? 实际上利用了ZooKeeper的特性,将ZooKeeper用为服务的注册和变更通知中心

    在这里插入图片描述

    二、ZooKeeper安装

    1. 安装

    ? ZooKeeper一般都运行在Linux平台

    ? 步骤:

    1. 解压zookeeper-3.4.13.tar.gz

      cd ~/software
      tar -zxf zookeeper-3.4.13.tar.gz
      
    2. 配置

      # 创建存放数据文件的目录
      cd zookeeper-3.4.13/
      mkdir data
      # 创建配置文件
      cd conf
      cp zoo_sample.cfg zoo.cfg  # 默认使用的是zoo.cfg,名称固定
      # 修改配置文件
      vi zoo.cfg
      	dataDir=../data  # 指定数据存放目录
      

    在这里插入图片描述
    3. 启动zookeeper

    cd bin
    ./zkServer.sh start | stop | status | restart  # 启动|停止|查看状态|重启
    

    在这里插入图片描述
    4. 客户端连接zookeeper

    ./zkCli.sh  # 启动客户端,默认连接本机的2181端口
    或
    ./zkCli.sh -server 服务器地址:端口 # 连接指定主机、指定端口的zookeeper
    quit  # 退出客户端
    

    2. 配置文件

    配置项 含义 说明
    tickTime=2000 心跳时间 维持心跳的时间间隔,单位是毫秒
    在zookeeper中所有的时间都是以这个时间为基础单元,进行整数倍配置
    initLimit=10 初始通信时限 用于zookeeper集群,此时有多台zookeeper服务器,其中一个为Leader,其他都为Follower
    syncLimit=5 同步通信时限 在运行时Leader通过心跳检测与Follower进行通信,如果超过syncLimit*tickTime时间还未收到响应,则认为该Follower已经宕机
    dataDir=…/data 存储数据的目录 数据文件也称为snapshot快照文件
    clientPort=2181 端口号 默认为2181
    maxClientCnxns=60 单个客户端的最大连接数限制 默认为60,可以设置为0,表示没有限制
    autopurge.snapRetainCount=3 保留文件的数量 默认3个
    autopurge.purgeInterval=1 自动清理快照文件和事务日志的频率 默认为0,表示不开启自动清理,单位是小时
    dataLogDir= 存储日志的目录 未指定时日志文件也存放在dataDir中,为了性能最大化,一般建议把dataDir和dataLogDir分别放到不同的磁盘上

    在这里插入图片描述

    三、客户端操作

    1. 常用命令

    命令 作用 说明
    help 查看帮助 查看所有操作命令
    ls 节点路径 查看指定节点下的内容
    ls2 节点路径 查看指定节点的详细信息 查看所有子节点和当前节点的状态
    create 节点路径 内容 创建普通节点 如果内容中有空格,则需要使用对双引号引起来
    get 节点路径 获取节点中的值
    create -e 节点路径 内容 创建临时节点 当连接断开后,节点会被自动删除
    create -s 节点路径 内容 创建顺序编号节点 即带序号的节点
    delete 节点路径 删除节点 只能删除空节点,即不能有子节点
    rmr 节点路径 递归删除节点 remove recursion
    stat 节点路径 查看节点状态
    set 节点路径 新值 修改节点内容

    2. 详解

    ? 查看指定节点的详细信息: ls2 /
    在这里插入图片描述

    # 子节点名称数组
    [zookeeper]
    
    # -----------节点的状态信息,也称为stat结构体-------------------
    # 创建该znode的事务的zxid(ZooKeeper Transaction ID)
    # 事务ID是ZooKeeper为每次更新操作/事务操作分配一个全局唯一的id,表示zxid,值越小,表示越先执行
    cZxid = 0x0  # 0x0表示十六进制数0
    # 创建时间
    ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
    # 最后一次更新的zxid
    mZxid = 0x0
    # 最后一次更新的时间
    mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
    # 最后更新的子节点的zxid
    pZxid = 0x0
    # 子节点的变化号,表示子节点被修改的次数,-1表示从未被修改过
    cversion = -1
    # 当前节点的变化号,0表示从未被修改过
    dataVersion = 0
    # 访问控制列表的变化号 access control list
    aclVersion = 0
    # 如果临时节点,表示当前节点的拥有者的sessionId
    # 如果不是临时节点,则值为0
    ephemeralOwner = 0x0
    # 数据长度
    dataLength = 0
    # 子节点数据
    numChildren = 1
    

    ? 顺序编号节点:

    • 顺序编号会紧跟在节点名称后面,节点最终名称为:节点名+序号,如/test0000000005
    • 顺序编号是一个递增的计数器
    • 顺序编号是由父节点维护,从已有的子节点个数开始(包括临时节点和被删除的节点)
    • 如果子节点为空,则从0000000000开始,依次递增1
    • 在分布式系统中,顺序编号可以被用于为所有的事件进行全局排序,这样客户端就可以根据序号推断事件的顺序

    四、ZooKeeper集群

    1. 配置集群

    ? 步骤:

    1. 准备多台ZooKeeper服务器

    2. 配置ZooKeeper服务器

      在每台服务器的conf/zoo.cfg文件中添加如下内容:

      server.20=192.168.4.20:2888:3888
      server.21=192.168.4.21:2888:3888
      server.22=192.168.4.22:2888:3888
      

      格式:server.A=B:C:D

      • A表示这台服务器的编号ID,是一个数字
      • B表示服务器的IP地址或域名
      • C表示这台服务器与集群中的Leader交换信息时使用的端口
      • D表示执行选举Leader服务器时互相通信的端口
    3. 创建myid配置文件

      在集群环境下,需要在dataDir目录中创建一个名为myid的文件,文件内容是当前服务器的编号ID,即上面配置的A

      cd data
      echo A的值 > myid
      

      ZooKeeper启动时会读取这个文件,将里面的数字与zoo.cfg中配置的server.A进行比较,从而判断这台服务器是哪个

    4. 测试集群环境

      启动所有ZooKeeper服务器,查看状态

      此时在某台服务器上执行更新操作时,其他服务器也会同步

    2. 集群特性

    • 一个ZooKeeper集群中,有一个领导者Leader和多个跟随者Follower
    • Leader负责进行投票的发起和决议,更新系统状态
    • Follower用于接收客户端的请求并向客户端返回结果,在选举Leader过程中参与投票
    • 半数机制:集群中只要有半数以上节点存活,集群就能够正常工作,所以一般集群中的服务器个数都为奇数
    • 全局数据一致:集群中每台服务器保存一份相同的数据副本,不论客户端连接到哪个服务器,数据都是一致的
    • 更新请求顺序执行:来自同一个客户端的更新请求,按其发送顺序依次执行
    • 数据更新的原子性:一次数据更新,要么成功,要么失败
    • 实时性:在一定的时间范围内,客户端能读取到最新数据

    3. 选举机制

    ? ZooKeeper在提供服务时会自动选举一个节点服务器作为Leader,其他都是Follower

    在这里插入图片描述

    ? 选举流程:

    1. Server1启动,给自己投票,然后发送投票信息,由于其它服务器都还没启动,所以它发现的消息收不到任何反馈,此时Server1为Looking状态
    2. Server2启动,给自己投票,同时与Server1通信交换选举结果,由于Server2的id值较大,所以Server2胜出,但由于投票数没有过半,此时Server1和Server2都为Looking状态
    3. Server3启动,给自己投票,同时与Server1和Server2通信交换选举结果,由于Server3的id值较大,所以Server3胜出,此时票数已经过半,所以Server3为Leader,Server1和Server2为Follower
    4. Server4启动,给自己投票,同时与Server1、Server2、Server3通信交换选举结果,尽管Server4的id较大,但由于集群中已经存在Leader,所以Server4只能为Follower
    5. Server5启动,同Server4类似,只能为Follower

    ? 总结:

    • 每个服务器在启动时都会选择自己,然后将投票信息发送出去
    • 服务器编号ID越大,在选择算法中的权重越大
    • 投票数必须过半,才能选出Leader
    • 谁是Leader:启动顺序的前集群数/2+1个服务器中,id值最大的会成为Leader

    4. 监听机制

    4.1 监听节点值的变化

    # 在集群的A服务器,监听某个节点值的变化
    get /yyy watch
    
    # 在集群的B服务器,修改对应节点的值
    set /yyy myyyy
    
    # 此时A服务器会收到事件NodeDataChanged
    WATCHER::
    WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/yyy
    

    监听Watch事件是一个一次性的触发器,当数据改变时只会触发一次,如果以后这个数据再发生改变,则不会再次触发

    4.2 监听节点的子节点变化

    # 在集群的A服务器,监听某个节点的子节点的变化 
    ls /yyy watch
    
    # 在集群的B服务器,创建/修改/删除对应节点的子节点
    create /yyy/hello hello
    
    # 此时A服务器会收到事件NodeChildrenChanged
    WATCHER::
    WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/yyy
    

    五、Java访问ZooKeeper

    Java操作Zookeeper很简单,只需要添加ZooKeeper客户端的依赖即可,可以进行节点信息的获取、管理等。

    ? 步骤:

    1. 添加jar包

      <!--ZooKeeper客户端-->
      <dependency>
          <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
          <artifactId>zookeeper</artifactId>
          <version>3.4.13</version>
      </dependency>
      
    2. 操作

      public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
          //获取ZooKeeper的连接,即创建ZooKeeper的客户端
          String connectString = "127.0.0.1:2181";  //服务器地址
          int sessionTimeout = 3000; //超时时间,单位为毫秒
          Watcher watcher = new MyWatcher();
          ZooKeeper zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watcher);
      
          Thread.sleep(2000);
          System.out.println(zkClient.getState());
      
      
          /**
               * 操作ZooKeeper
               */
          //查看指定节点下的内容
          List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);//第二个参数表示是否监视该节点
          System.out.println(children);
      
          //创建节点,OPEN_ACL_UNSAFE表示acl权限列表为完全开放,PERSISTENT表示节点类型为持久化节点
          zkClient.create("/world", "世界".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
      
          //获取节点的数据(节点的值和节点状态Stat)
          byte[] data = zkClient.getData("/world", true, null);
          System.out.println(new String(data));
      
          Stat stat = new Stat();
          byte[] data = zkClient.getData("/hello", true, stat);
          byte[] data = zkClient.getData("/hello", new DataWatcher(), stat);
          System.out.println(new String(data));
          System.out.println(stat);
          System.out.println(stat.getCtime());
          System.out.println(stat.getVersion());
          System.out.println(stat.getDataLength());
      
          //修改节点的数据
          // zkClient.setData("/hello","aaa".getBytes(),stat.getVersion()); //第三个参数表示当前节点的数据版本,一般先获取数据stat,然后指定数据版本
          zkClient.setData("/hello", "bbb".getBytes(), -1);  //也可以设置为-1,表示不检测版本
      
          //删除节点
          zkClient.delete("/hello", -1);
      
          //判断节点是否存在
          System.out.println(zkClient.exists("/hello",false));  //存在时返回节点状态,不存在则返回null
      
          //休眠
          Thread.sleep(1000000);
      
          //关闭连接
          zkClient.close();
      }
      

    ZooKeeper入门视频,链接:https://edu.csdn.net/course/detail/10450

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