• 基于 Java 开发的一个分布式应用程序协调服务
  • 采用树状结构对数据进行存储（类似 Linux 文件系统的节点模型）
  • 使用场景：主从协调（监听主机节点的状态），服务器上下线动态感知，统一配置管理（监听配置文件节点的状态），统一名称服务，分布式锁（监听本节点的上一顺序节点的状态），分布式队列等


  • 图 1 ZooKeeper的层级树状结构

  • ZooKeeper 的每个节点称为 Znode，每个 Znode 有一个唯一的路径（以斜杠字符来开头）标识
  • 每个 Znode 由 3 部分组成：stat（描述该 Znode 的版本、权限等信息）、data（与该 Znode 关联的数据）、children（该 Znode 下的子节点）
  • Zookeeper 的客户端和服务器通信采用长连接方式，每个客户端和服务器通过心跳来保持连接，这个连接状态称为 session
  • 当节点上的数据发生变化，或者其子节点发生变化时，基于 Watcher 机制，会发出相应的通知给订阅其状态变化的客户端（注意：ZooKeeper 的 Watcher 是一次性的）
  • Znode 的类型
    • 临时（ephemeral）节点：该节点将在创建这个节点的客户端断开连接后被删除，临时节点不允许有子节点
    • 顺序（sequential）节点：在该节点名下附加一个单调递增数
  • ZooKeeper 集群间通过 Zab（Zookeeper Atomic Broadcast）协议来保持数据的一致性
  • 该协议包括两个阶段：leader election 阶段和 Atomic broadcas 阶段
  • 集群中将选举出一个 leader，其他的机器则称为 follower，所有的写操作都被传送给 leader，并通过 broadcas 将所有的更新告诉 follower
  • 当 leader 崩溃或者 leader 失去大多数的 follower 时，需要重新选举出一个新的 leader，让所有的服务器都恢复到一个正确的状态
  • 当 leader 被选举出来，且大多数服务器完成了和 leader 的状态同步后，leader election 的过程就结束了，将进入 Atomic broadcas 的过程

  • Atomic broadcas 同步 leader 和 follower 之间的信息，保证 leader 和 follower 具有相同的系统状态

  • ZooKeeper 提供的原语服务：创建节点、删除节点、更新节点、获取节点信息、权限控制、事件监听

  • help：查看 zkCli 命令

  • get [-w] path：获取 Znode 数据（监视该节点的变化，只监视一次）
  • set path data：设置数据
  • ls [-s] [-w] [-R] path：列出 Znode 的子节点（-s 状态、-w 监视该节点的节点结构、-R 递归）
  • stat [-w] path：检查状态（包含时间戳，版本号，ACL，数据长度和子 Znode 等细项）
  • delete [-v version] path：删除指定的 Znode，适用于没有子节点的 Znode
  • deleteall path：删除指定的 Znode 并递归其所有子节点
  • close
  • 第三方客户端工具包 ZkClient、Curator
  • 客户端连接 Zookeeper 服务的端口默认是 2181
  • Zookeeper 内嵌的管理控制台通过 Jetty 启动，默认端口是 8080

原理

  • 利用其 Znode 的特点和 Watcher 机制，实现服务动态注册、机器上线与下线的动态感知，扩容方便，容错性好
  • 一旦服务器（服务提供者）与 ZooKeeper 集群断开连接，节点也就不存在了，通过注册相应的 Watcher，服务消费者能够第一时间获知服务提供者机器信息的变更
  • 只有当配置信息更新时服务消费者才会去 ZooKeeper 上获取最新的服务地址列表，其它时候使用本地缓存，能大大降低配置中心的压力

服务配置中心节点树

  • 服务配置中心节点树分成三层结构
  • 最上面一层为根节点，用来聚集服务节点，通过它可以查询到所有的服务
  • 服务名称节点挂载的是服务提供者的服务器地址，服务消费者通过负载均衡算法来选择其中一个地址发起远程调用
  • 根节点和服务名称采用的是 ZooKeeper 的持久节点（persistent 节点）

  • 服务提供者的地址节点，采用的是非持久节点（ephemeral 节点），一旦服务器宕机或者下线，节点也就随之消失

    服务配置中心节点树
    图 3 服务配置中心节点树

使用 ZooKeeper 实现分布式锁

  • 在 ZooKeeper 指定节点（locker）下创建临时顺序节点 node_n
  • 获取 locker 下所有子节点 children
  • 对子节点按节点自增序号从小到大排序
  • 判断本节点是不是第一个子节点，若是，则获取锁；若不是，则等待
  • 使用 ZooKeeper 感知节点的功能，对本节点的上一个节点进行感知
  • 释放锁，并删除该临时节点