Hadoop生态圈-Zookeeper的工作原理分析

　　　　　　　　　　　　　　　Hadoop生态圈-Zookeeper的工作原理分析

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

　　无论是是Kafka集群，还是producer和consumer都依赖于Zookeeper集群保存一些mate信息，来保证系统可用性！这个特点会产生一个现象，即会产生大量的网络IO，所以说在企业生产环境中会单独开3到5台集群，这三台集群什么都不干，只开Zookeeper集群。所以说Zookeeper开放的节点一定要开网络监控告警，这是一个大数据运维的基本功！

一.Zookeeper简介

1>.什么是zookeeper

　　Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。

2>.从设计模式角度来理解Zookeeper

　　zookeeper是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出反应，从而实现集群中类似与hadoop高可用中的active/standby管理模式。

3>.Zookeeper工作机制剖析

结合上图所述，我们可以说：Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

文件系统：
    每个Zookeeper集群中存放着每个服务器的状态信息，虽然存储的数据较小(每个节点默认不可超过1M)，但它也是一个文件系统，支持存储小文件数据信息。
    
通知机制：
    服务器端和客户端都需要在Zookeeper中注册信息，他们负责监听Zookeeper节点信息，一旦数据发生变化他们会做相应的动作。
    
    
Zookeeper的特点：
    1>.Zookeeper：一个领导者（leader），多个跟随者（follower）组成的集群。
    2>.Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态。
    3>.Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票。
    4>.集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。
    5>.全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的。
    6>.更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行。
    7>.数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
    8>.实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据。


Zookeeper的数据结构
    ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

二.Zookeeper的应用场景

　　Zookeeper提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

1>.统一命名服务

　　在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别不同服务。类似于域名与IP之间对应关系，IP不容易记住，而域名容易记住。通过域名来火气资源或服务的地址，提供者等信息。

2>.统一配置管理

　　分布式环境下，配置文件管理和同步是一个常见问题。一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如hadoop集群。对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。

3>.统一集群管理

　　分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。可以根据节点实时状态做出一些调整。可将节点信息写入Zookeeper上的一个Znode，监听这个Znode可获得他的实时状态变化。典型应用为HBase的Master状态监控和选举。

4>.服务器节点动态上下线

5>.软负载均衡

三.Zookeeper内部原理

1>.选举机制

　　在选举leader节点时，首先会比较事务id，其次比较myid，如果集群中已经有一半机器参加选举，那么次leader就是整个集群中的leader。

　　为了方便理解，我画了两幅图，便于理解上面的一句话，当事物id一致时推选leader如下：

　　当事物id不一致时推选leader如下：

2>.Zookeeper概念知识扫描整理

一.Znode有两种类型：
    1>.短暂（ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除
    2>.持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除

二.Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）
    1>.持久化目录节点（PERSISTENT）
        客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。
    2>.持久化顺序编号目录节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）
        客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。
    3>.临时目录节点（EPHEMERAL）
        客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除。
    4>.临时顺序编号目录节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）
        客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。
 
三.创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护

四.在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序


五.stat结构体
    1>.czxid- 引起这个znode创建的zxid，创建节点的事务的zxid
        每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是ZooKeeper事务ID
        事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生
    2>.ctime - znode被创建的毫秒数(从1970年开始)
    3>.mzxid - znode最后更新的zxid
    4>.mtime - znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)
    5>.pZxid-znode最后更新的子节点zxid
    6>.cversion - znode子节点变化号，znode子节点修改次数
    7>.dataversion - znode数据变化号
    8>.aclVersion - znode访问控制列表的变化号
    9>.ephemeralOwner- 如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0
    10>.dataLength- znode的数据长度
    11>.numChildren - znode子节点数量

3>.监听器原理

如上图所示，Zookeeper监听器原理详解：
    1>.首先由一个main()线程;
    2>.在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线程，一个负责网络链接通信(connet)，一个负责监听(linster);
    3>.通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper;
    4>.在Zookeeper的注册监听器中将注册的监听事件添加到列表中;
    5>.Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程;
    6>.listener线程内部调用了process()方法;
    
常见的监听:
    1>.监听节点数据的变化 get path    [watch]
    2>.监听子节点增减的变化 ls path    [watch]

4>.写数据流程

四.部署Zookeeper

1>.zookeeper本地搭建

　　详情请参考：https://www.cnblogs.com/yinzhengjie/p/9103008.html

2>.zookeeper完全分布式部署

　　详情请参考：https://www.cnblogs.com/yinzhengjie/p/9154265.html

3>.zookeeper的API用法详解

　　详情请参考：https://www.cnblogs.com/yinzhengjie/p/9154283.html