ZooKeeper入门笔记

2024年1月14日 298次阅读 来源: 龟仙老人

今天准备重新回到简书写文章，在这之前我的技术文章都放在github上，这次一律都搬过来，后面的文章技术的两边都发，其他类型的发简书，毕竟简书上写还有人看，稍微有些乐趣（本文原链接点我）。

初识

定义

ZooKeeper是一个开源的分布式协调服务，其设计目标是将原本复杂容易出错的分布式一致性服务封装，构成一个高效可靠简单易用的接口供用户使用。

特点
  • 顺序一致性：同一个客户端发起的事物请求会被顺序的在ZooKeeper中执行，每个客户端的事物请求，ZooKooper都会分配一个全局唯一的递增序号来区分事物的先后顺序
  • 原子性：所有的事物请求在整个集群中的所有机器上的应用情况是一致的。
  • 单一视图：无论客户端连接的是ZooKeeper的哪个节点机器，其看到的服务端数据模型都是一致的
  • 实时性：保证在一定时间段内，客户端最终一定能从服务端上读取到最新的数据状态
  • 数据模型简单：树形的结构，类型文件系统
  • 可构建集群：多台ZooKeeper节点组成集群，角色可分为Leader，Follower，Observer，Leader可读可写，Follower和Observer可读，Follower可被选举为Leader；集群的每台机器存储的数据是一致的
  • 高可靠性：一旦服务端成功地执行了一个事物并响应给客户端，那么其状态变更就会被一直保留下来，除非下一次再进行变更。数据也会被增量和全量地持久化到磁盘中
  • 高性能：全量数据位于内存中
  • 提供事件监听机制：客户端可以对节点注册监听事件，当事件发生时会通知客户端
  • 会话状态：客户端与服务端建立连接后保持一个会话状态，客户端可以创建临时节点，在会话失效后临时节点将被清理
背后的算法原理

  • ZAB协议：ZooKeeper保证数据一致性的核心算法，类似二阶提交的过程，每个事物由全局唯一的Leader来将该请求转换成一个提议，并将该提议分发给所有的Follower，超过半数的Follower进行正确反馈后，Leader才会再次向所有的Follower服务器发送确认提交，Follower服务器要么响应，要么丢弃，正常情况下Leader接收到超半数反馈，如果没有超半数反馈则ZooKeeper进入崩溃恢复状态，重新选举Leader，重新选举出来的Leader具有事物序号最大的特点，这也说明这台Leader的数据最齐全，当选举完成后，全局递增的事物序号会发生改变，该序号由64位数字表示，低32位是递增序号，高32位每次重新选举会增1，这样新选举出来的递增序号高于之前Leader的序号，所以就算之前的Leader恢复正常了再发送之前的事物序号，集群发现序号太小不会执行，这样就保证了强一致性

  • 如何选举Leader：目的是选举出唯一的一台服务器作为Leader，并让所有Follower知道谁被选举为Leader，且该Leader具有全局递增序号最大的特点（这样的数据才最新）
    假设有三台Follower进行选举：三台机器ID分别为1，2，3；3台机器的递增序号(ZID)都为0（初始选举），每台机器将[myID, ZID]投票给其他机器，每台机器接收到投票后，将投票处理，先检查ZID，以ZID较大的再作为选票，如果ZID相同就将myID大的服务器作为选票，将新选票再投出去；每次投票后机器就统计是否有超过半数的机器收到相同的投票，如果有就他是Leader了；这里第一轮投票大家各自将自己投出去，机器1收到[2,0],[3,0]后将投票变更为[3,0]，机器2收到[1,0],[3,0]将投票变更为[3,0]，机器3收到[1,0],[2,0]不做变更，第二轮投票后再统计3机器就超半数当选Leader；如果3台机器首轮的选票为[1,5],[2,4],[3,4],机器1收到[2,4][3,4]后选票不变，机器2收到[1,5][3,4]后将选票改为[1,5]，机器3收到[1,5][2,4]后将选票改为[1,5]，第二轮选出机器1，所以最后ZID最大的最有可能成为Leader。

ZooKeeper的应用

  • 数据发布/订阅，配置管理，如qconf
  • 命名服务，如RPC服务框架
  • 分布式协调/通知：如心跳检测，任务调度，Master选举，分布式锁等

实践一下

环境搭建
  • 下载稳定的releases包,并解压到工作目录中
  • 创建配置文件：conf 目录下 cp zoo_sample.cfg zoo.cfg，设置dataDir到一个存在的目录（由于机器太差就没有搭集群，集群的配置网上找找总是有的）
  • 启动服务端: bin/zkServer.sh start
  • 验证服务是否正常，用客户端连上去随便测试几个命令 bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
  • JAVA客户端选择：原生的Api，ZkClient，Curator，这里我们选择Curator，它是一个Apache开源项目，相对原生的Api更简单易用
实现一个分布式锁

实现一个分布式锁，场景为ES build全量build索引时只能由单一进程来build，在进程build索引前先拿到锁才可以开始build，build完了得释放锁，在锁住的情况下如果程序挂了或者发布代码将进程kill了也得释放掉锁，否则后续的进程将再也无法拿到锁。之前实现过一个本地文件的版本，缺点在于无法应用到分布式场景下，且如果kill程序时暴力地使用了kill -9，进程退出无法清理锁文件将导致后续进程再也无法处理；利用ZooKeeper很好地解决了分布式和锁无法清理的问题，用ZooKeeper的临时节点，获取锁的时候试图创建节点，如果说节点已经存在则说明锁被别人拿着，如果创建成功则成功获取锁，程序结束删除节点，如果恰好进程异常终止甚至被无情的kill -9杀掉，那等一会在服务端无法和客户端取得重连的情况下，临时节点也会被清理掉，这样后续的进程又可以正常的运行了。代码如下，留了个接口，也可以自己实现别的锁逻辑。

接口

package BizLock;

public interface BizLock {

    public boolean getLock(String lockName) throws Exception;

    public void releaseLock(String lockName) throws Exception;

}

ZooKeeper实现的分布式锁

package BizLock;

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;

public class ZkLock implements BizLock {

    /**
     * 这些变量可以写入配置中
     */
    private static final String nameSpace = "zkLock";
    private static final String zkUrl = "127.0.0.1:2181";

    private static ZkLock zkLock = null;
    private static CuratorFramework client = null;

    private ZkLock() {
        client = CuratorFrameworkFactory.newClient(zkUrl, new RetryNTimes(5, 5000));
        client.start();
        client.usingNamespace(nameSpace);
    }

    public static ZkLock getInstance() {
        if (zkLock == null) {
            zkLock = new ZkLock();
        }
        return zkLock;
    }

    public boolean getLock(String lockName) throws Exception{
        try {
            client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath(getLockNode(lockName));
        } catch (KeeperException.NodeExistsException e) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    public void releaseLock(String lockName) throws Exception{
        client.delete().forPath(lockName);
    }

    private String getLockNode(String loockName) {
        return "/"+loockName;
    }
}

参考：

《从Paxos到ZooKeeper》
http://zookeeper.apache.org/
http://curator.apache.org/

    原文作者：龟仙老人
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/f630006b0993
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