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簡單了解Zookeeper

• Tips: 如果之前對Zookeeper不了解的話，這里大概留個印象就好了

Zookeeper是一個分布式協調服務，可以用于元數據管理、分布式鎖、分布式協調、發布訂閱、服務命名等等。

例如，Kafka中就是用Zookeeper來保存其集群中的相關元數據，例如Broker、Topic以及Partition等等。同時，基于Zookeeper的Watch監聽機制，還可以用其實現發布、訂閱的功能。

在平常的常規業務使用場景下，我們幾乎只會使用到分布式鎖這一個用途。

Zookeeper內部運行機制

Zookeeper的底層存儲原理，有點類似于Linux中的文件系統。Zookeeper中的文件系統中的每個文件都是節點(Znode)。根據文件之間的層級關系，Zookeeper內部就會形成這個這樣一個文件樹。

在Linux中，文件(節點)其實是分類型的，例如分為文件、目錄。在Zookeeper中同理，Znode同樣的有類型。在Zookeeper中，所有的節點類型如下：

• 持久節點(Persistent)
• 持久順序節點(Persistent Sequential)
• 臨時節點(Ephemeral)
• 臨時順序節點(Ephemeral Sequential)

所謂持久節點，就和我們自己在電腦上新建一個文件一樣，除非你主動刪除，否則一直存在。

而持久順序節點除了繼承了持久節點的特性之外，還會為其下創建的子節點保證其先后順序，并且會自動地為節點加上10位自增序列號作為節點名，以此來保證節點名的唯一性。這一點上圖中的subfiles已經給出了示例。

而臨時節點，其生命周期和client的連接是否活躍相關，如果client一旦斷開連接，該節點(可以理解為文件)就都會被刪除，并且臨時節點無法創建子節點;

• PS：這里的斷開連接其實不是我們直覺上理解的斷開連接，Zookeeper有其Session機制，當某個client的Session過期之后，會將對應的client創建的節點全部刪除

Zookeeper的節點創建方式

接下來我們來分別看看幾種節點的創建方式，給出幾個簡單的示例。

創建持久節點

create /node_name SH的全棧筆記  

 

這里需要注意的是，命令中所有的節點名稱必須要以/開頭，否則會創建失敗，因為在Zookeeper中是不能使用相對路徑，必須要使用絕對路徑。

創建持久順序節點

create -s /node_name SH的全棧筆記 

 

可以看到，Zookeeper為key自動的加上了10位的自增后綴。

創建臨時節點

create -e /test SH的全棧筆記 

 

創建臨時順序節點

create -e -s /node_name SH的全棧筆記 

 

Zookeeper的用途

我們通過一些具體的例子，來了解Zookeeper的詳細用途，它不僅僅只是被當作分布式鎖使用。

元數據管理

我們都知道，Kafka在運行時會依賴一個Zookeeper的集群。Kafka通過Zookeeper來管理集群的相關元數據，并通過Zookeeper進行Leader選舉。

• Tips: 但是即將發布的Kafka 2.8版本中，Zookeeper已經不是一個必需的組件了。這塊我暫時還沒有時間去細看，不過我估計可能會跟RocketMQ中處理的方式差不多，將其集群的元數據放到Kafka本身來處理。

分布式鎖

基于Zookeeper的分布式鎖其實流程很簡單。首先我們需要知道加分布式鎖的本質是什么?

• 答案是創建臨時順序節點

當某個客戶端加鎖成功之后，實際上則是成功的在Zookeeper上創建了臨時順序節點。我們知道，分布式鎖能夠使同一時間只能有一個能夠訪問某種資源。那這就必然會涉及到分布式鎖的競爭，那問題來了，當前這個客戶端是如何感知搶到了鎖呢?

其實在客戶端側會有一定的邏輯，假設加鎖的key為/locks/modify_users。

首先，客戶端會發起加鎖請求，然后會在Zookeeper上創建持久節點locks，然后會在該節點下創建臨時順序節點。臨時順序節點的創建示例，如下圖所示。

當客戶端成功創建了節點之后，還會獲取其同級的所有節點。也就是上圖中的所有modify_users000000000x的節點。

此時客戶端會根據10位的自增序號去判斷，當前自己創建的節點是否是所有的節點中最小的那個，如果是最小的則自己獲取到了分布式鎖。

你可能會問，那如果我不是最小的怎么辦呢?而且我的節點都已經創建了。如果不是最小的，說明當前客戶端并沒有搶到鎖。按照我們的認知，如果沒有競爭到分布式鎖，則會等待。等待的底層都做了什么?我們用實際例子來捋一遍。

假設Zookeeper中已經有了如下的節點。

例如當前客戶端是B創建的節點是modify_users0000000002，那么很明顯B沒有搶到鎖，因為已經有比它還要小的由客戶端A創建的節點modify_users0000000001。

此時客戶端B會對節點modify_users0000000001注冊一個監聽器，對于該節點的任意更新都將觸發對應的操作。

當其被刪除之后，就會喚醒客戶端B的線程，此時客戶端B會再次進行判斷自己是否是序號最小的一個節點，此時modify_users0000000002明顯是最小的節點，故客戶端B加鎖成功。

為了讓你更加直觀的了解這個過程，我把流程濃縮成了下面這幅流程圖。

分布式協調

我們都知道，在很多場景下要保證一致性都會采用經典的2PC(兩階段提交)，例如MySQL中Redo Log和Binlog提交的數據一致性保障就是采用的2PC，詳情可以看基于Redo Log和Undo Log的MySQL崩潰恢復流程。

在2PC中存在兩種角色，分別是參與者(Participant)和協調者(Coordinator)，協調者負責統一的調度所有分布式節點的執行邏輯。具體協調啥呢?舉個例子。

例如在2PC的Commit階段，兩個參與者A、B，A的commit操作成功了，但不幸的是B失敗了。此時協調者就需要向A發送Rollback操作。Zookeeper大概就是這樣一個角色。

發布訂閱

由于Zookeeper自帶了監聽器(Watch)的功能，所以發布訂閱也順理成章的成為了Zookeeper的應用之一。例如在某個配置節點上注冊了監聽器，那么該配置一旦發布變更，對應的服務就能實時的感知到配置更改，從而達到配置的動態更新的目的。

給個簡單的Watch使用示例。

命名服務

用大白話來說，命名服務主要有兩種。

• 單純的利用Zookeeper的文件系統特性，存儲結構化的文件
• 利用文件特性和順序節點的特性，來生成全局的唯一標識

前者可以用于在系統之間共享某種業務上的特定資源，后者則可以用于實現分布式鎖。