zookeeper工作原理以及基础概念

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。而我们为何选择zookeeper，因为Zookeeper具有以下优点：

1.zookeeper架构图

zookeeper角色：

其中每个Server在工作过程中有三种状态：

1. LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻
2. LEADING：当前Server即为选举出来的leader
3. FOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步

那如何选举server leader呢？

半数通过 ，奇数选举

– 3台机器 挂一台 2>3/2

– 4台机器 挂2台 2！>4/2

具体选举流程：

» 每个Server启动以后都询问其它的Server它要投票给谁。

» 对于其他server的询问，server每次根据自己的状态都回复自己推荐的leader的id和上一次处理事务的zxid（系统启动时每个server都会推荐自己）

» 收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的哪个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server。

» 计算这过程中获得票数最多的的sever为获胜者，如果获胜者的票数超过半数，则改server被选为leader。否则，继续这个过程，直到leader被选举出来 » leader就会开始等待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

» 完成同步后通知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

2.zookeeper工作原理

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的完成了和leader的状态同步以后，恢复模式就结束了。状态同步保证了leader和server具有相同的系统状态。

一旦leader已经和多数的follower进行了状态同步后，他就可以开始广播消息了，即进入广播状态。这时候当一个server加入zookeeper服务中，它会在恢复模式下启动，发现leader，并和leader进行状态同步。待到同步结束，它也参与消息广播。 Zookeeper服务一直维持在Broadcast状态，直到leader崩溃了或者leader失去了大部分的followers支持。

广播模式需要保证proposal被按顺序处理，因此zk采用了递增的事务id号(zxid)来保证。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为的数字，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。低32位是个递增计数。

当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时候zk进入恢复模式，恢复模式需要重新选举出一个新的leader，让所有的server都恢复到一个正确的状态。

3.Zookeeper的数据模型

»层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范

» 每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识

» 节点Znode可以包含数据和子节点，但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点

» Znode中的数据可以有多个版本，比如某一个路径下存有多个数据版本，那么查询这个路径下的数据就需要带上版本

» 客户端应用可以在节点上设置监视器

» 节点不支持部分读写，而是一次性完整读写

4.Zookeeper的节点

» Znode有两种类型，短暂的（ephemeral）和持久的（persistent）

» Znode的类型在创建时确定并且之后不能再修改

» 短暂znode的客户端会话结束Zookeeper的保证时，zookeeper会将该短暂znode删除，短暂znode不可以有子节点

» 持久znode不依赖于客户端会话，只有当客户端明确要删除该持久znode时才会被删除

» Znode有四种形式的目录节点

1. PERSISTENT、
2. EPHEMERAL
3. PERSISTENT_SEQUENTIAL、
4. EPHEMERAL_SEQUENTIAL

5.Zookeeper的保证

» 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

» 数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败

» 全局唯一数据视图，client无论连接到哪个server，数据视图都是一致的

» 实时性，在一定事件范围内，client能读到最新数据