本篇內(nèi)容介紹了“Zookeeper的工作機制和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單介紹”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠?qū)W有所成！

創(chuàng)新互聯(lián)從2013年創(chuàng)立，先為晉寧等服務(wù)建站，晉寧等地企業(yè)，進行企業(yè)商務(wù)咨詢服務(wù)。為晉寧企業(yè)網(wǎng)站制作PC+手機+微官網(wǎng)三網(wǎng)同步一站式服務(wù)解決您的所有建站問題。

 一、Zookeeper工作機制

分布式和集中式系統(tǒng)相比，有很多優(yōu)勢，比如更強的計算能力，存儲能力，避免單點故障等問題。但是由于在分布式部署的方式遇到網(wǎng)絡(luò)故障等問題的時候怎么保證各個節(jié)點數(shù)據(jù)的一致性和可用性是比較關(guān)鍵的問題。

那么，對于分布式集群來說，我們需要一個能夠在各個服務(wù)和節(jié)點之間進行協(xié)調(diào)和服務(wù)的中間人——Zookeeper。

Zookeeper從設(shè)計模式角度來理解：是一個基于觀察者模式設(shè)計的分布式服務(wù)管理框架，負責存儲和管理大家都關(guān)心的數(shù)據(jù)，然后接受觀察者的注冊，一旦這些數(shù)據(jù)的狀態(tài)發(fā)生變化，Zookeeper就將負責通知已經(jīng)在Zookeeper上注冊的那些觀察者做出相應(yīng)的回應(yīng)。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Zookeeper的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和linux的目錄結(jié)構(gòu)類似，也像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹，如下圖：

Zookeeper的數(shù)據(jù)存儲基于節(jié)點，這種節(jié)點稱為Znode。Znode的引用方式是路徑的引用，每個Znode都可以通過其路徑唯一標識。

其中Znode中包含有：數(shù)據(jù)，子節(jié)點引用，訪問權(quán)限等，如下圖：

• data：Znode存儲的數(shù)據(jù)信息

• ACL：記錄Znode的訪問權(quán)限，即哪些人或哪些IP可以訪問本節(jié)點

• child：當前節(jié)點的子節(jié)點引用，類似于二叉樹的左孩子右孩子

• stat：包含Znode的各種元數(shù)據(jù)，比如事務(wù)ID、版本號、時間戳、大小等等

stat 查看根目錄的詳細信息：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] stat /  cZxid = 0x0  ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970  mZxid = 0x0  mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970  pZxid = 0x0  cversion = -1  dataVersion = 0  aclVersion = 0  ephemeralOwner = 0x0  dataLength = 0  numChildren = 1

三、選舉機制

Zookeeper集群是一主多從的模式，主為leader，從為follower，其中l(wèi)eader是通過選舉得到。

Zookeeper集群有如下特點：

- Zookeeper：一個領(lǐng)導者(leader)，多個跟隨者(follower)組成的集群

- Leader負責進行投票的發(fā)起和決議，更新系統(tǒng)狀態(tài)

- Follower用于接收客戶請求并向客戶端返回結(jié)果，在選舉Leader過程中參與投票

- 集群中只要有半數(shù)以上節(jié)點存活，Zookeeper集群就能正常服務(wù)，所以Zookeeper適合安裝奇數(shù)臺服務(wù)器

- 全局數(shù)據(jù)一致：每個server保存一份相同的數(shù)據(jù)副本，client無論連接到哪個server，數(shù)據(jù)都是一致的

- 更新請求順序進行，來自同一個client的更新請求按其發(fā)送順序依次執(zhí)行

- 數(shù)據(jù)更新原子性，一次數(shù)據(jù)更新要么成功，要么失敗

- 實時性，在一定時間范圍內(nèi)，client能讀到最新數(shù)據(jù)

Leader選舉是保證分布式數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵所在，當Zookeeper進入以下兩種狀態(tài)時，需要進入leader選舉：

• 服務(wù)器初始化啟動

• leader宕機掛掉

1. 服務(wù)器初始化啟動時的選舉

(1)以三臺服務(wù)器組成的集群為例，在集群的初始化階段，當server1啟動時，其單獨無法完成選舉;當server2啟動時，此時兩臺機器可以互相通信，每臺機器都試圖找到leader，于是進入選舉狀態(tài)

(2)每個server首先給自己投票：初始階段，每個服務(wù)器都將自己作為leader來投票，每次投票包含的信息有(myid，ZXID，epoch)，此時Server1的投票為(1,  0)，Server2的投票為(2, 0)，然后各自將這個投票發(fā)給集群中其他機器

其中epoch用來判斷多個投票是否在同一輪選舉周期中，該值在服務(wù)端是一個自增序列，每次進入新一輪的投票后，都會對該值進行加1操作

(3)每個server接受來自各個服務(wù)器的投票：集群的每個服務(wù)器收到投票后，首先判斷該投票的有效性，如檢查是否是本輪投票、是否來自LOOKING狀態(tài)的服務(wù)器

(4)處理投票。針對每一個投票，服務(wù)器都需要將別人的投票和自己的投票進行PK，PK規(guī)則如下：

優(yōu)先檢查ZXID。ZXID比較大的服務(wù)器優(yōu)先作為Leader

如果ZXID相同，那么就比較myid。myid較大的服務(wù)器作為Leader服務(wù)器

對于Server1而言，它的投票是(1, 0)，接收Server2的投票為(2,  0)，首先會比較兩者的ZXID，均為0，再比較myid，此時Server2的myid最大，于是更新自己的投票為(2,  0)，然后重新投票，對于Server2而言，其無須更新自己的投票，只是再次向集群中所有機器發(fā)出上一次投票信息即可

(5)統(tǒng)計投票。每次投票后，服務(wù)器都會統(tǒng)計投票信息，判斷是否已經(jīng)有過半機器接受到相同的投票信息，對于Server1、Server2而言，都統(tǒng)計出集群中已經(jīng)有兩臺機器接受了(2,  0)的投票信息，此時便認為已經(jīng)選出了Leader，一旦選出leader，后邊的機器不管myid和ZXID多大，都自動成為leader的小弟

(6)改變服務(wù)器狀態(tài)。一旦確定了Leader，每個服務(wù)器就會更新自己的狀態(tài)，如果是Follower，那么就變更為FOLLOWING，如果是Leader，就變更為LEADING

2. leader服務(wù)器掛掉的投票機制

與啟動時不同的就是，每個服務(wù)器上都有歷史數(shù)據(jù)，在選舉之前，首先非leader的服務(wù)器改變狀態(tài)為LOOKING狀態(tài)，因為運行期間每個服務(wù)器ZXID不同，會和啟動時的選舉一樣進行重新投票選舉。

四、監(jiān)聽機制

首先要有一個main()線程

在main線程中創(chuàng)建Zookeeper客戶端，這時就會創(chuàng)建兩個線程，一個負責網(wǎng)絡(luò)連接通信(connet)，一個負責監(jiān)聽(listener)

通過connect線程將注冊的監(jiān)聽事件發(fā)送給Zookeeper

在Zookeeper的注冊監(jiān)聽器列表中將注冊的監(jiān)聽事件添加到列表中

Zookeeper監(jiān)聽到有數(shù)據(jù)或路徑變化，就會將這個消息發(fā)送給listener線程

listener線程內(nèi)部調(diào)用了process()方法

五、API應(yīng)用

Zookeeper常用的API如下：

create創(chuàng)建節(jié)點delete刪除節(jié)點exists判斷節(jié)點是否存在getData獲得一個節(jié)點的數(shù)據(jù)setData設(shè)置一個節(jié)點的數(shù)據(jù)getChildren獲取節(jié)點下的所有子節(jié)點

這其中，exists，getData，getChildren屬于讀操作。Zookeeper客戶端在請求讀操作的時候，可以選擇是否設(shè)置Watch。

Watch是什么意思呢?

我們可以理解成是注冊在特定Znode上的觸發(fā)器。當這個Znode發(fā)生改變，也就是調(diào)用了create，delete，setData方法的時候，將會觸發(fā)Znode上注冊的對應(yīng)事件，請求Watch的客戶端會接收到異步通知。

具體交互過程如下：

• 客戶端調(diào)用getData方法，watch參數(shù)是true。服務(wù)端接到請求，返回節(jié)點數(shù)據(jù)，并且在對應(yīng)的哈希表里插入被Watch的Znode路徑，以及Watcher列表。

• 當被Watch的Znode已刪除，服務(wù)端會查找哈希表，找到該Znode對應(yīng)的所有Watcher，異步通知客戶端，并且刪除哈希表中對應(yīng)的Key-Value

六、應(yīng)用場景

Zookeeper提供的服務(wù)包括：統(tǒng)一命名服務(wù)、統(tǒng)一配置管理、統(tǒng)一集群管理、服務(wù)器節(jié)點動態(tài)上下線、軟負載均衡等。

“Zookeeper的工作機制和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單介紹”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！

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