【码农翻身】什么是ZooKeeper

本文是什么是Zookeeper?的笔记,从使用者的角度描述了Zookeeper有什么用处,至于它内部是如何工作

解决在线服务列表同步问题

现在公司的IT系统早已经从单机转向了分布式,然而分布式系统带来了很多的问题。比如说

现在公司开发了一个RPC框架来给各组开发人员使用,为了支持高并发,OrderService部署了4份,也就意味着每个客户端保存了一份服务提供者的列表,但是这个列表是在配置文件中写死了的,意味着如果某台服务器down了,客户端并不知道,依然会尝试访问。

这样客户端和服务提供者是紧耦合,要解决这个问题,可以增加一个中间层

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RPC指的是远程过程调用,就是部署在服务器A的应用要调用服务器B上的函数,由于不在一个内存空间,所以需要使用网络来表达怎么调用以及要调用的内容。RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。

那么如何设计这个中间层呢?

可以使用一个注册中心,它保存了能提供的服务的名称,以及URL。首先这些服务会在注册中心进行注册,当客户端来查询的时候,只需要给出名称,注册中心就会给出一个URL。

这个注册中心类似于一个上帝的角色,它可以了解全局有那些服务提供者,以及这些提供者的状态。

所有的客户端在访问服务前,都需要向这个注册中心进行询问,以获得最新的地址。

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注册中心可以是树形结构,每个服务下面有若干节点,每个节点表示服务的实例。

注册中心和各个服务实例直接建立Session,要求实例们定期发送心跳,一旦特定时间收不到心跳,则认为实例挂了,删除该实例。

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Job协调问题

三个Job的功能相同,部署在三个不同的机器上,要求同一时刻只有一个可以运行,也就是如果有一个宕了的话,需要在剩下的两个中选举出Master继续工作。

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所以这三个Job需要互相协调。

  • 使用共享数据库表。我们知道数据库主键不能冲突,可以让三个Job向表中插入同样的数据,谁成功谁就是Master。缺点是如果抢到Master的Job挂了,则记录永远存在,其他的Job无法插入数据。所以必须加上定期更新的机制。

  • 让Job在启动之后,去注册中心注册,也就是创建一个树节点,谁成功谁是Master。这样,如果节点删除了,就开始就开始新一轮争抢。

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同样实时知道是否当前的Master还需要存活,所以注册中心需要与各个机器通信。

不过这里存在一个问题,如果机器没有死掉,只是与注册中心的通信断了,所以长时间连接不上。然后注册中心把树节点/master删除,另外两台机器重新抢到了Master,但是原来的Master并不知道啊,所以还在努力的运行Job,这就冲突了。

解决方法当然是机器也需要感知到自己与注册中心连接断了,然后停止Job。等到再次与注册中心连接上,才知道自己已经不是Master了。

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分布式锁

多个机器上的系统同时对某个资源进行争抢,如果在同一个进程中加个锁就可以了。但是现在是分布式的,只能使用分布式锁

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  • 使用Master选举的方式,让大家去抢,谁能抢到就创建一个/distribute_lock节点,读完以后就删除,让大家再来抢。缺点是某个系统可能多次抢到,不够公平。

  • 让每个系统在注册中心的/distribute_lock下创建子节点,然后编号。

    • 每个系统检查自己的编号,谁小认为谁持有了锁,比如下图中是系统1持有了锁。

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    • 系统1操作完成以后,就可以把process_01删除了,再创建一个新的节点 process_04。此时是process_02最小了,所以认为系统2持有了锁。

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    • 如此循环下去,分布式锁就实现了。

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注册中心的高可用性

如果注册中心只有一台机器,一旦挂了,整个系统就宕了。所以需要多台机器来保证高可用性。这样引出了新的问题,比如树形结构需要在多台机器之间进行同步,通信超时了怎么办,如何保证树形结构在机器之间的强一致性。

ZooKeeper

Zookeeper就是这样类似的解决方案。它已经实现了树形结构在多台机器之间的可靠复制。

关键概念如下:

  • Session:表示Job与ZooKeeper之间的会话,Zookeeper会定期发送心跳,如果特定时间收不到心跳则结束会话。

  • znode:树形结构中的每个节点就叫znode,可以分为

    • 永久znode:除非主动删除,否则一直存在

    • 临时znode:Session一旦结束就删除

    • 顺序znode:也就是分布式锁中的process_01,process_02

  • Watch:客户系统Job可以监控znode的变化,同时znode变化了以后也会通知Job。这样Job可以继续争抢创建节点。

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