什麼是ZooKeeper

ZooKeeper相信大家已經聽過這個詞了，不知道大家對他瞭解多少呢？我第一次聽到ZooKeeper的時候是在學Eureka的時候，同樣ZooKeeper也可以作為註冊中心。

後面聽到ZooKeeper的時候，是因為ZooKeeper可以作為分散式鎖的一種實現。

直至在瞭解Kafka的時候，發現Kafka也需要依賴ZooKeeper。Kafka使用ZooKeeper管理自己的元資料配置。

這篇文章來寫寫我學習ZooKeeper的筆記，如果有錯的地方希望大家可以在評論區指出。

一、什麼是ZooKeeper

從上面我們也可以發現，好像哪都有ZooKeeper的身影，那什麼是ZooKeeper呢？我們先去官網看看介紹：

官網還有另一段話：

ZooKeeper: A Distributed Coordination Service for Distributed Applications

相比於官網的介紹，我其實更喜歡Wiki中對ZooKeeper的介紹：

(留下不懂英語的淚水)

我簡單概括一下：

• ZooKeeper主要服務於分散式系統，可以用ZooKeeper來做：統一配置管理、統一命名服務、分散式鎖、叢集管理。
• 使用分散式系統就無法避免對節點管理的問題(需要實時感知節點的狀態、對節點進行統一管理等等)，而由於這些問題處理起來可能相對麻煩和提高了系統的複雜性，ZooKeeper作為一個能夠通用解決這些問題的中介軟體就應運而生了。

二、為什麼ZooKeeper能幹這麼多？

從上面我們可以知道，可以用ZooKeeper來做：統一配置管理、統一命名服務、分散式鎖、叢集管理。

• 這裡我們先不管統一配置管理、統一命名服務、分散式鎖、叢集管理每個具體的含義(後面會講)

那為什麼ZooKeeper可以乾那麼多事？來看看ZooKeeper究竟是何方神物，在Wiki中其實也有提到：

ZooKeeper nodes store their data in a hierarchical name space, much like a file system or a tree data structure

ZooKeeper的資料結構，跟Unix檔案系統非常類似，可以看做是一顆樹，每個節點叫做ZNode。每一個節點可以透過路徑來標識，結構圖如下：

那ZooKeeper這顆”樹”有什麼特點呢？？ZooKeeper的節點我們稱之為Znode，Znode分為兩種型別：

• 短暫/臨時(Ephemeral)：當客戶端和服務端斷開連線後，所建立的Znode(節點)會自動刪除
• 持久(Persistent)：當客戶端和服務端斷開連線後，所建立的Znode(節點)不會刪除

ZooKeeper和Redis一樣，也是C/S結構(分成客戶端和服務端)

2.1 監聽器

在上面我們已經簡單知道了ZooKeeper的資料結構了，ZooKeeper還配合了監聽器才能夠做那麼多事的。

常見的監聽場景有以下兩項：

• 監聽Znode節點的資料變化
• 監聽子節點的增減變化

沒錯，透過監聽+Znode節點(持久/短暫[臨時])，ZooKeeper就可以玩出這麼多花樣了。

三、ZooKeeper是怎麼做到的？

下麵我們來看看用ZooKeeper怎麼來做：統一配置管理、統一命名服務、分散式鎖、叢集管理。

3.1 統一配置管理

比如我們現在有三個系統A、B、C，他們有三份配置，分別是ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml，然後，這三份配置又非常類似，很多的配置項幾乎都一樣。

• 此時，如果我們要改變其中一份配置項的資訊，很可能其他兩份都要改。並且，改變了配置項的資訊很可能就要重啟系統

於是，我們希望把ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml相同的配置項抽取出來成一份公用的配置common.yml，並且即便common.yml改了，也不需要系統A、B、C重啟。

做法：我們可以將common.yml這份配置放在ZooKeeper的Znode節點中，系統A、B、C監聽著這個Znode節點有無變更，如果變更了，及時響應。

參考資料：

• 基於zookeeper實現統一配置管理
  • https://blog.csdn.net/u011320740/article/details/78742625

3.2 統一命名服務

統一命名服務的理解其實跟域名一樣，是我們為這某一部分的資源給它取一個名字，別人透過這個名字就可以拿到對應的資源。

比如說，現在我有一個域名www.java3y.com，但我這個域名下有多臺機器：

• 192.168.1.1
• 192.168.1.2
• 192.168.1.3
• 192.168.1.4

別人訪問www.java3y.com即可訪問到我的機器，而不是透過IP去訪問。

3.3 分散式鎖

鎖的概念在這我就不說了，如果對鎖概念還不太瞭解的同學，可參考下麵的文章

• Java鎖？分散式鎖？樂觀鎖？行鎖？

我們可以使用ZooKeeper來實現分散式鎖，那是怎麼做的呢？？下麵來看看：

系統A、B、C都去訪問/locks節點

訪問的時候會建立帶順序號的臨時/短暫(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)節點，比如，系統A建立了id_000000節點，系統B建立了id_000002節點，系統C建立了id_000001節點。

接著，拿到/locks節點下的所有子節點(id_000000,id_000001,id_000002)，判斷自己建立的是不是最小的那個節點

• 如果是，則拿到鎖。
  • 釋放鎖：執行完操作後，把建立的節點給刪掉
• 如果不是，則監聽比自己要小1的節點變化

舉個例子：

• 系統A拿到/locks節點下的所有子節點，經過比較，發現自己(id_000000)，是所有子節點最小的。所以得到鎖

• 系統B拿到/locks節點下的所有子節點，經過比較，發現自己(id_000002)，不是所有子節點最小的。所以監聽比自己小1的節點id_000001的狀態

• 系統C拿到/locks節點下的所有子節點，經過比較，發現自己(id_000001)，不是所有子節點最小的。所以監聽比自己小1的節點id_000000的狀態

• ……

• 等到系統A執行完操作以後，將自己建立的節點刪除(id_000000)。透過監聽，系統C發現id_000000節點已經刪除了，發現自己已經是最小的節點了，於是順利拿到鎖

• ….系統B如上

3.4叢集狀態

經過上面幾個例子，我相信大家也很容易想到ZooKeeper是怎麼”感知“節點的動態新增或者刪除的了。

還是以我們三個系統A、B、C為例，在ZooKeeper中建立臨時節點即可：

只要系統A掛了，那/groupMember/A這個節點就會刪除，透過監聽groupMember下的子節點，系統B和C就能夠感知到系統A已經掛了。(新增也是同理)

除了能夠感知節點的上下線變化，ZooKeeper還可以實現動態選舉Master的功能。(如果叢集是主從架構樣式下)

原理也很簡單，如果想要實現動態選舉Master的功能，Znode節點的型別是帶順序號的臨時節點(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)就好了。

• Zookeeper會每次選舉最小編號的作為Master，如果Master掛了，自然對應的Znode節點就會刪除。然後讓新的最小編號作為Master，這樣就可以實現動態選舉的功能了。

最後

這篇文章主要講解了ZooKeeper的入門相關的知識，ZooKeeper透過Znode的節點型別+監聽機制就實現那麼多好用的功能了！

當然了，ZooKeeper要考慮的事沒那麼簡單的，後面有機會深入的話，我還會繼續分享，希望這篇文章對大家有所幫助~

參考資料：

• 分散式服務框架 Zookeeper
  • https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/index.html
• ZooKeeper初識整理(老酒裝新瓶)
  • https://lxkaka.wang/2017/12/21/zookeeper/
• ZooKeeper
  • https://www.cnblogs.com/sunshine-long/p/9057191.html
• ZooKeeper 的應用場景
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/59669985