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协调服务之Zookeeper3.4.10详解大数据

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一 Zookeeper概述

1.1 概述

Zookeeper是Google的Chubby一个开源的实现。它是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统，提供的功能包括：配置维护、名字服务、 分布式同步、组服务等。ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

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1.2 特点

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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。

1.3 数据结构

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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

1.4 应用场景

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。

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1.5 下载地址

1）官网首页： https://zookeeper.apache.org/

二 Zookeeper安装

2.1 本地模式安装部署

1）安装前准备：

（1）安装jdk

（2）通过SecureCRT工具拷贝zookeeper到linux系统下

（3）修改tar包权限

chmod u+x zookeeper-3.4.10.tar.gz

（4）解压到指定目录

[[email protected] software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

2）配置修改

将/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg；

进入zoo.cfg文件：vim zoo.cfg

修改dataDir路径为

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹

mkdir zkData

 3）操作zookeeper

（1）启动zookeeper

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看进程是否启动

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ jps

4020 Jps

4001 QuorumPeerMain

（3）查看状态：

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status

ZooKeeper JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: standalone

（4）启动客户端：

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（5）退出客户端：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

（6）停止zookeeper

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

2.2 配置参数解读

解读zoo.cfg 文件中参数含义

1）tickTime=2000：通信心跳数

tickTime：通信心跳数，Zookeeper服务器心跳时间，单位毫秒

Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。

它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)

2）initLimit=10：LF初始通信时限

集群中的follower跟随者服务器(F)与leader领导者服务器(L)之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。

投票选举新leader的初始化时间

Follower在启动过程中，会从Leader同步所有最新数据，然后确定自己能够对外服务的起始状态。

Leader允许F在initLimit时间内完成这个工作。

3）syncLimit=5：LF同步通信时限

集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime，

Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。

在运行过程中，Leader负责与ZK集群中所有机器进行通信，例如通过一些心跳检测机制，来检测机器的存活状态。

如果L发出心跳包在syncLimit之后，还没有从F那收到响应，那么就认为这个F已经不在线了。

4）dataDir：数据文件目录+数据持久化路径

保存内存数据库快照信息的位置，如果没有其他说明，更新的事务日志也保存到数据库。

 5）clientPort=2181：客户端连接端口

监听客户端连接的端口

三 Zookeeper内部原理

3.1 选举机制

1）半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以zookeeper适合装在奇数台机器上。

2）Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave。但是，zookeeper工作时，是有一个节点为leader，其他则为follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的

3）以一个简单的例子来说明整个选举的过程。

假设有五台服务器组成的zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么。

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（1）服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报没有任何响应，所以它的选举状态一直是LOOKING状态。

（2）服务器2启动，它与最开始启动的服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果，由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出，但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3)，所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态。

（3）服务器3启动，根据前面的理论分析，服务器3成为服务器1、2、3中的老大，而与上面不同的是，此时有三台服务器选举了它，所以它成为了这次选举的leader。

（4）服务器4启动，根据前面的分析，理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的，但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3，所以它只能接收当小弟的命了。

（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

3.2 节点类型

1）Znode有两种类型：

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

持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除

2）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

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3）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

4）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

3.3 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

3.4 监听器原理

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3.5 写数据流程

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四 Zookeeper实战

4.1 分布式安装部署

0）集群规划

在hadoop102、hadoop103和hadoop104三个节点上部署Zookeeper。

1）解压安装

（1）解压zookeeper安装包到/opt/module/目录下

[[email protected] software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

（2）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData

mkdir zkData

（3）重命名/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg

mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

2）配置zoo.cfg文件

（1）具体配置

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

增加如下配置

#######################cluster##########################

server.2=hadoop102:2888:3888

server.3=hadoop103:2888:3888

server.4=hadoop104:2888:3888

（2）配置参数解读

 Server.A=B:C:D。

A是一个数字，表示这个是第几号服务器；

B是这个服务器的ip地址；

C是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；

D是万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

集群模式下配置一个文件myid，这个文件在dataDir目录下，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。

3）集群操作

（1）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件

touch myid

  添加myid文件，注意一定要在linux里面创建，在notepad++里面很可能乱码

（2）编辑myid文件

vi myid

在文件中添加与server对应的编号：如2

（3）拷贝配置好的zookeeper到其他机器上

scp -r zookeeper-3.4.10/ [email protected]3.atguigu.com:/opt/app/

scp -r zookeeper-3.4.10/ [email protected]4.atguigu.com:/opt/app/

并分别修改myid文件中内容为3、4

（4）分别启动zookeeper

[[email protected]2 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start

[[email protected]3 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start

[[email protected]4 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start

（5）查看状态

[[email protected] zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

[[email protected] zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: leader

[[email protected] zookeeper-3.4.5]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

4.2 客户端命令行操作

1）启动客户端

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

2）显示所有操作命令

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help

3）查看当前znode中所包含的内容

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /

[zookeeper]

4）查看当前节点数据并能看到更新次数等数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /

[zookeeper]

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

5）创建普通节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /app1 “hello app1”

Created /app1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /app1/server101 “192.168.1.101”

Created /app1/server101

6）获得节点的值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /app1

hello app1

cZxid = 0x20000000a

ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

mZxid = 0x20000000a

mtime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

pZxid = 0x20000000b

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 10

numChildren = 1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /app1/server101

192.168.1.101

cZxid = 0x20000000b

ctime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017

mZxid = 0x20000000b

mtime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017

pZxid = 0x20000000b

cversion = 0

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 13

numChildren = 0

7）创建短暂节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] create -e /app-emphemeral 8888

（1）在当前客户端是能查看到的

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] ls /

[app1, app-emphemeral, zookeeper]

（2）退出当前客户端然后再重启启动客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit

[[email protected] zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（3）再次查看根目录下短暂节点已经删除

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /

[app1, zookeeper]

8）创建带序号的节点

（1）先创建一个普通的根节点app2

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] create /app2 “app2”

（2）创建带序号的节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] create -s /app2/aa 888

Created /app2/aa0000000000

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] create -s /app2/bb 888

Created /app2/bb0000000001

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] create -s /app2/cc 888

Created /app2/cc0000000002

如果原节点下有1个节点，则再排序时从1开始，以此类推。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] create -s /app1/aa 888

Created /app1/aa0000000001

9）修改节点数据值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] set /app1 999

10）节点的值变化监听

（1）在104主机上注册监听/app1节点数据变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 26] get /app1 watch

（2）在103主机上修改/app1节点的数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] set /app1 777

（3）观察104主机收到数据变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/app1

11）节点的子节点变化监听（路径变化）

（1）在104主机上注册监听/app1节点的子节点变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /app1 watch

[aa0000000001, server101]

（2）在103主机/app1节点上创建子节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] create /app1/bb 666

Created /app1/bb

（3）观察104主机收到子节点变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/app1

12）删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /app1/bb

13）递归删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] rmr /app2

14）查看节点状态

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] stat /app1

cZxid = 0x20000000a

ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

mZxid = 0x200000018

mtime = Mon Jul 17 16:54:38 CST 2017

pZxid = 0x20000001c

cversion = 4

dataVersion = 2

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 3

numChildren = 2

4.3 API应用

4.3.1 eclipse环境搭建

1）创建一个工程

2）解压zookeeper-3.4.10.tar.gz文件

3）拷贝zookeeper-3.4.10.jar、jline-0.9.94.jar、log4j-1.2.16.jar、netty-3.10.5.Final.jar、slf4j-api-1.6.1.jar、slf4j-log4j12-1.6.1.jar到工程的lib目录。并build一下，导入工程。

4）拷贝log4j.properties文件到项目根目录

log4j.rootLogger=INFO, stdout   
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender   
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout   
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n   
log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender   
log4j.appender.logfile.File=target/spring.log   
log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout   
log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

log4j.properties

4.3.2 创建ZooKeeper客户端：

private static String connectString = “hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181”;

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zkClient = null;

@Before

public void init() throws Exception {

zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

// 收到事件通知后的回调函数（用户的业务逻辑）

System.out.println(event.getType() + “–” + event.getPath());

}

});

}

4.3.3 创建子节点

// 创建子节点

@Test

public void create() throws Exception {

// 数据的增删改查

// 参数1：要创建的节点的路径； 参数2：节点数据 ； 参数3：节点权限 ；参数4：节点的类型

String nodeCreated = zkClient.create(“/eclipse”, “hello zk”.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);

}

4.3.4 获取子节点

// 获取子节点

@Test

public void getChildren() throws Exception {

List<String> children = zkClient.getChildren(“/”, true);

for (String child : children) {

System.out.println(child);

}

// 延时阻塞

Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);

}

4.3.5 判断znode是否存在

// 判断znode是否存在

@Test

public void exist() throws Exception {

Stat stat = zkClient.exists(“/eclipse”, false);

System.out.println(stat == null ? “not exist” : “exist”);

}

4.4 案例实战

4.4.1 监听服务器节点动态上下线案例

1）需求：某分布式系统中，主节点可以有多台，可以动态上下线，任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线

2）需求分析

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3）具体实现：

（0）现在集群上创建/servers节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /servers “servers”

Created /servers

（1）服务器端代码

package com.xyg.zkcase;

import java.io.IOException;

import org.apache.zookeeper.CreateMode;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;

import org.apache.zookeeper.Watcher;

import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;

 

public class DistributeServer {

private static String connectString = “hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181”;

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zk = null;

private String parentNode = “/servers”;

 

// 创建到zk的客户端连接

public void getConnect() throws IOException{

zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

}

});

}

// 注册服务器

public void registServer(String hostname) throws Exception{

String create = zk.create(parentNode + “/server”, hostname.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

System.out.println(hostname +” is online “+ create);

}

// 业务功能

public void business(String hostname) throws Exception{

System.out.println(hostname+” is working …”);

Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 获取zk连接

DistributeServer server = new DistributeServer();

server.getConnect();

// 利用zk连接注册服务器信息

server.registServer(args[0]);

// 启动业务功能

server.business(args[0]);

}

}

（2）客户端代码

package com.xyg.zkcase;

import java.io.IOException;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;

import org.apache.zookeeper.Watcher;

import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

public class DistributeClient {

private static String connectString = “hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181”;

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zk = null;

private String parentNode = “/servers”;

// 创建到zk的客户端连接

public void getConnect() throws IOException {

zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

// 再次启动监听

try {

getServerList();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

});

}

//

public void getServerList() throws Exception {

// 获取服务器子节点信息，并且对父节点进行监听

List<String> children = zk.getChildren(parentNode, true);

ArrayList<String> servers = new ArrayList<>();

for (String child : children) {

byte[] data = zk.getData(parentNode + “/” + child, false, null);

servers.add(new String(data));

}

// 把servers赋值给成员serverList，已提供给各业务线程使用

serversList = servers;

System.out.println(serversList);

}

// 业务功能

public void business() throws Exception {

System.out.println(“client is working …”);

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 获取zk连接

DistributeClient client = new DistributeClient();

client.getConnect();

// 获取servers的子节点信息，从中获取服务器信息列表

client.getServerList();

// 业务进程启动

client.business();

}

}

原创文章，作者：奋斗，如若转载，请注明出处：https://blog.ytso.com/9457.html

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