Zookeeper简介
Zookeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，它是Google的Chubby一个开源的实现，它们都是分布式锁的实现者。
Zookeeper是Hadoop和Hbase的重要组件。Zookeeper 分布式服务框架是Apache Hadoop 的一个子项目，它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。
ZooKeeper是一种为分布式应用所设计的高可用、高性能且一致的开源协调服务，它一开始提供了一项基本服务：分布式锁服务，由于ZooKeeper的开源特性，后来的开发者在分布式锁的基础上，摸索了出了其他的使用方法：配置维护、组服务、分布式消息队列、分布式通知/协调等。
Zookeeper中的角色
Zookeeper中角色有一下三类，如下表：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OurIyN5M-1570626797531)(http://static.open-open.com/lib/uploadImg/20141108/20141108213346_932.png)]
系统模型如图所示：
Zookeeper设计目的
-
最终一致性：client不论连接到哪个Server，展示给它都是同一个视图，这是zookeeper最重要的性能
-
可靠性：具有简单、健壮、良好的性能，如果一条消息被一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受
-
实时性：Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息，但由于网络延时等原因，Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口
-
原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态
-
等待无关（wait-free）：慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每个client都能有效的等待
-
顺序性：包括全局有序和偏序两种：
- 全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布
- 偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面
Zookeeper核心
Zookeeper的核心是**原子广播，这个机制保证了各个Server之间的同步。**实现这个机制的协议叫做Zab协议。Zab协议有两种模式，它们分 别是恢复模式（选主）和广播模式（同步）。
当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数Server完成了和 leader的状态同步以后，恢复模式就结束了。
状态同步（广播模式）保证了leader和Server具有相同的系统状态。为了保证事务的顺序一致性，zookeeper采用了递增的事务id号（zxid）来标识事务。所有的提议（proposal）都在被提出的时候加上 了zxid实现中zxid是一个64位的数字，它高32位是epoch用来标识leader关系是否改变，每次一个leader被选出来，它都会有一个 新的epoch，标识当前属于那个leader的统治时期。
低32位用于递增计数。
每个Server在工作过程中有三种状态：
- LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻
- LEADING：当前Server即为选举出来的leader
- FOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步
同步流程
选完Leader后，Zookeeper就进入了同步状态
- Leader等待server连接
- Follower连接leader，将最大的zxid发送给leader
- Leader根据Follower的zxid确定同步点
- 完成完同步后Leader通知Follower已经成为uptodate状态
- Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的请求进行服务了
Leader工作流程
Leader主要有三个功能，Leader的工作启动了三个线程来实现功能：
-
恢复数据
-
维持与Learner的心跳，接收Learner请求并判断Learner的请求消息类型
-
根据不同的消息类型，进行不同的处理，Learner的消息类型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息
PING消息是指Learner的心跳信息
REQUEST消息是Follower发送的提议信息，包括写请求及同步请求
ACK消息是 Follower的对提议的回复，超过半数的Follower通过，则commit该提议
REVALIDATE消息是用来延长SESSION有效时间
Follower工作流程
Follower主要有四个功能，Follower的工作是通过5个线程来实现功能的：
-
向Leader发送请求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）
-
接收Leader消息并进行处理
-
接收Client的请求，如果为写请求，发送给Leader进行投票
-
返回Client结果
Follower的消息循环处理如下几种来自Leader的消息：
PING消息： 心跳消息
PROPOSAL消息：Leader发起的提案，要求Follower投票
COMMIT消息：服务器端最新一次提案的信息
UPTODATE消息：表明同步完成
REVALIDATE消息：根据Leader的REVALIDATE结果，关闭待revalidate的session还是允许其接受消息
SYNC消息：返回SYNC结果到客户端，这个消息最初由客户端发起，用来强制得到最新的更新
Zookeeper原理
ZooKeeper在实现这些服务时，首先它设计一种新的数据结构——Znode，然后在该数据结构的基础上定义了一些原语，也就是一些关于该数据结构的一些操作。有了这些数据结构和原语还不够，因为我们的ZooKeeper是工作在一个分布式的环境下，我们的服务是通过消息以网络的形式发送给我们的分布式应用程序，所以还需要一个通知机制——Watcher机制。
那么总结一下，ZooKeeper所提供的服务主要是通过：数据结构+原语+watcher机制三个部分来实现的
数据结构——Znode
ZooKeeper拥有一个层次的命名空间，这个和标准的文件系统非常相似，如下图所示。
从图中我们可以看出ZooKeeper的数据模型，在结构上和标准文件系统的非常相似，都是采用这种树形层次结构，
ZooKeeper树中的每个节点被称为—Znode。和文件系统的目录树一样，ZooKeeper树中的每个节点可以拥有子节点。但也有不同之处：
-
引用方式
Zonde通过路径引用，如同Unix中的文件路径。路径必须是绝对的，必须是唯一的，
路径由Unicode字符串组成，并且有一些限制。路径"/zookeeper"用以保存管理信息，比如关键配额信息。 -
Znode结构
Zookeeper命名空间中的Znode，兼具文件和目录两种特点。既像文件一样维护着数据、元信息、ACL、时间戳等数据结构，又像目录一样可以作为路径标识的一部分。
图中的每个节点称为一个Znode。 每个Znode由3部分组成:- stat：此为状态信息, 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
注意：ZooKeeper虽然可以关联一些数据，但并没有被设计为常规的数据库或者大数据存储，相反的是，它用来管理调度数据，比如分布式应用中的配置文件信息、状态信息、汇集位置等等
这些数据的共同特性就是它们都是很小的数据，通常以KB为大小单位。ZooKeeper的服务器和客户端都被设计为严格检查并限制每个Znode的数据大小至多1M，但常规使用中应该远小于此值
-
数据访问
ZooKeeper中的每个节点存储的数据要被原子性的操作。也就是说读操作将获取与节点相关的所有数据，写操作也将替换掉节点的所有数据。
另外，每一个节点都拥有自己的ACL(访问控制列表)，这个列表规定了用户的权限，即限定了特定用户对目标节点可以执行的操作。 -
节点类型
ZooKeeper中的节点有两种，分别为临时节点和永久节点。
节点的类型在创建时即被确定，并且不能改变。临时结点：该结点的生命周期依赖于创建它们的会话。一旦会话(Session)结束，临时节点将被自动删除，当然可以也可以手动删除。虽然每个临时的Znode都会绑定到一个客户端会话，但他们对所有的客户端还是可见的。另外，ZooKeeper的临时节点不允许拥有子节点
永久结点：该结点的生命周期不依赖于会话，并且只有在客户端显示执行删除操作的时候，他们才能被删除
-
顺序结点
当创建Znode的时候，用户可以请求在ZooKeeper的路径结尾添加一个递增的计数。
这个计数对于此节点的父节点来说是唯一的，它的格式为"%10d"(10位数字，没有数值的数位用0补充，例如"0000000001")。当计数值大于232-1时，计数器将溢出 -
观察
客户端可以在节点上设置watch，我们称之为监视器。
当节点状态发生改变时(Znode的增、删、改)将会触发watch所对应的操作。当watch被触发时，ZooKeeper将会向客户端发送且仅发送一条通知，因为watch只能被触发一次，这样可以减少网络流量
Zookeeper中的时间
ZooKeeper有多种记录时间的形式，其中包含以下几个主要属性：
-
Zxid
致使ZooKeeper节点状态改变的每一个操作都将使节点接收到一个Zxid格式的时间戳，并且这个时间戳全局有序。也就是说，每个对 节点的改变都将产生一个唯一的Zxid。
如果Zxid1的值小于Zxid2的值，那么Zxid1所对应的事件发生在Zxid2所对应的事件之前。实际 上，ZooKeeper的每个节点维护者三个Zxid值，为别为：cZxid、mZxid、pZxid
① cZxid： 是节点的创建时间所对应的Zxid格式时间戳
②mZxid：是节点的修改时间所对应的Zxid格式时间戳
③pZxid：这个节点就和子节点有关，是与该节点的子节点（或该节点）的最近一次 创建 / 删除的时间戳对应，注：只与 本节点 / 该节点的子节点，有关；与孙子节点无关。
-
版本号
对节点的每一个操作都将致使这个节点的版本号增加。每个节点维护着三个版本号，他们分别为：
① version：节点数据版本号
② cversion：子节点版本号
③ aversion：节点所拥有的ACL版本号
Zookeeper节点属性
通过前面的介绍，我们可以了解到，一个节点自身拥有表示其状态的许多重要属性，如下图所示
Zookeeper服务中的操作
更新ZooKeeper操作是有限制的
delete或setData必须明确要更新的Znode的版本号，我们可以调用exists找到。如果版本号不匹配，更新将会失败。
更新ZooKeeper操作是非阻塞式的
因此客户端如果失去了一个更新(由于另一个进程在同时更新这个Znode)，他可以在不阻塞其他进程执行的情况下，选择重新尝试或进行其他操作。
尽管ZooKeeper可以被看做是一个文件系统，但是处于便利，摒弃了一些文件系统地操作原语。因为文件非常的小并且使整体读写的，所以不需要打开、关闭或是寻地的操作。
Watch触发器
Watch简介
ZooKeeper可以为所有的读操作设置watch，这些读操作包括：exists()、getChildren()及getData()。
watch事件是一次性的触发器，当watch的对象状态发生改变时，将会触发此对象上watch所对应的事件。
watch事件将被异步地发送给客户端，并且ZooKeeper为watch机制提供了有序的一致性保证。
理论上，客户端接收watch事件的时间要快于其看到watch对象状态变化的时间。
Watch类型
ZooKeeper所管理的watch可以分为两类：
① 数据watch(data watches)：getData和exists负责设置数据watch
② 孩子watch(child watches)：getChildren负责设置孩子watch
我们可以通过操作返回的数据来设置不同的watch：
① getData和exists：返回关于节点的数据信息
② getChildren：返回孩子列表
因此
① 一个成功的setData操作将触发Znode的数据watch
② 一个成功的create操作将触发Znode的数据watch以及孩子watch
③ 一个成功的delete操作将触发Znode的数据watch以及孩子watch
Watch注册与触发
① exists操作上的watch，在被监视的Znode创建、删除或数据更新时被触发。
② getData操作上的watch，在被监视的Znode删除或数据更新时被触发。在被创建时不能被触发，因为只有Znode一定存在，getData操作才会成功。
③ getChildren操作上的watch，在被监视的Znode的子节点创建或删除，或是这个Znode自身被删除时被触发。可以通过查看watch事件类型来区分是Znode，还是他的子节点被删除：NodeDelete表示Znode被删除，NodeDeletedChanged表示子节点被删除。
Watch由客户端所连接的ZooKeeper服务器在本地维护，因此watch可以非常容易地设置、管理和分派。当客户端连接到一个新的服务器 时，任何的会话事件都将可能触发watch。另外，当从服务器断开连接的时候，watch将不会被接收。但是，当一个客户端重新建立连接的时候，任何先前 注册过的watch都会被重新注册。
注意：
Zookeeper的Watch实际要处理两类事件：
-
连接状态事件
这类事件不需要注册，也不需要我们连续触发，我们只要处理就行了。
-
节点事件
节点的建立，删除，数据的修改。它是one time trigger，我们需要不停的注册触发，还可能发生事件丢失的情况。
上面2类事件都在Watch中处理，也就是重载的process(Event event)
节点事件的触发，通过函数exists，getData或getChildren来处理这类函数，有双重作用：
① 注册触发事件
② 函数本身的功能
这类事件不需要注册，也不需要我们连续触发，我们只要处理就行了。
-
节点事件
节点的建立，删除，数据的修改。它是one time trigger，我们需要不停的注册触发，还可能发生事件丢失的情况。
上面2类事件都在Watch中处理，也就是重载的process(Event event)
节点事件的触发，通过函数exists，getData或getChildren来处理这类函数，有双重作用：
① 注册触发事件
② 函数本身的功能
函数的本身的功能又可以用异步的回调函数来实现,重载processResult()过程中处理函数本身的的功能。
转载：https://blog.csdn.net/baolingye/article/details/102470109