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ZooKeeper解惑

今年年初的时候,写了一篇ZooKeeper的入门文章《初识ZooKeeper》,一直到这一周,才有时间将ZooKeeper整个源码通读了一遍。不能说完全理解了ZooKeeper的工作原理与细节,但是之前心中一直关于ZooKeeper的疑问都得到了解释。

现在网上关于ZooKeeper的文章很多,有介绍Leader选举算法的,有介绍ZooKeeper Server内部原理的,还有介绍ZooKeeper Client的。本文不打算再写类似的内容,而专注与解答读者对ZooKeeper的相关疑问。

ZooKeeper在客户端究竟做了什么事情

使用过ZooKeeper的读者都知道,初始化客户端的代码如下:

System.out.println("Starting ZK:");
zk = new ZooKeeper(address, 3000, this);
System.out.println("Finished starting ZK: " + zk);

完成客户段的初始化之后,就可以对ZooKeeper进行相应的操作了:

if (zk != null) {
    try {
        Stat s = zk.exists(root, false);
        if (s == null) {
            zk.create(root, new byte[0], Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
                    CreateMode.PERSISTENT);
        }
    } catch (KeeperException e) {
        System.out
                .println("Keeper exception when instantiating queue: "
                        + e.toString());
    } catch (InterruptedException e) {
        System.out.println("Interrupted exception");
    }
}

虽然上面的代码看起来简单明了,但是ZooKeeper的客户端在后台默默做了许多事情:

  1 与ZooKeeper服务端进行通信,包括:连接,发送消息,接受消息。

  2 发送心跳信息,保持与ZooKeeper服务端的有效连接与Session的有效性。

  3 错误处理,如果客户端当前连接的ZooKeeper服务端失效,自动切换到另一台有效的ZooKeeper服务端。

  4 管理Watcher,处理异常调用和Watcher。

Watcher的事件通知机制是如何实现的

看过Google的分布式锁机制Chubby论文会发现,ZooKeeper中多了一个事件订阅机制:Watcher。那么Watcher内部究竟是如何实现的呢?

其实,在ZooKeeper客户端中,有一个成员变量(ZKWatchManager)专门负责管理所有的Watcher,当用户使用如下代码时:

List<String> list = zk.getChildren(path, watcher);

ZooKeeper会将这个Watcher存储在ZKWatchManager中,同时通知ZooKeeper服务器记录该Client对应的Session中的Path下注册的事件类型。当ZooKeeper服务器发生了指定的事件后,ZooKeeper服务器将通知ZooKeeper客户端,ZooKeeper客户端再从ZKWatchManager中找到对应的回调函数,并予以执行。

整个过程中,客户端存储事件的信息和Watcher的执行逻辑,服务端只存储事件的信息。

如何用好ZooKeeper客户端

每实例化一个ZooKeeper客户端,就开启了一个Session。ZooKeeper客户端是线程安全的,也可以认为它实现了连接池。

因此,每一个应用只需要实例化一个ZooKeeper客户端即可,同一个ZooKeeper客户端实例可以在不同的线程中使用。

除非你想同一个应用中开启多个Session,使用不同的Watcher,在这种情况下,才需要实例化多个ZooKeeper客户端。

ZooKeeper是否对ZNode有大小限制

如果你仔细看过ZooKeeper的文档,会发现文档中对ZNode的大小做了限制,最大不能超过1M。

这个1M的大小限制在ZooKeeper的客户端和服务端都有限制:

客户端:

packetLen = Integer.getInteger("jute.maxbuffer", 4096 * 1024);

int len = incomingBuffer.getInt();
if (len < 0 || len >= packetLen) {
	throw new IOException("Packet len" + len + " is out of range!");
}

服务端:

static public final int maxBuffer = determineMaxBuffer();
private static int determineMaxBuffer() {
    String maxBufferString = System.getProperty("jute.maxbuffer");
    try {
        return Integer.parseInt(maxBufferString);
    } catch(Exception e) {
        return 0xfffff;
    }
    
}

if (len < 0 || len > maxBuffer) {
    throw new IOException("Unreasonable length = " + len);
}

可以看出,ZooKeeper确实对数据的大小有限制,默认就是1M,如果希望传输超过1M的数据,可以修改环境变量“jute.maxbuffer”即可。

为什么要限制ZooKeeper中ZNode的大小

ZooKeeper是一套高吞吐量的系统,为了提高系统的读取速度,ZooKeeper不允许从文件中读取需要的数据,而是直接从内存中查找。

还句话说,ZooKeeper集群中每一台服务器都包含全量的数据,并且这些数据都会加载到内存中。同时ZNode的数据并支持Append操作,全部都是Replace。

所以从上面分析可以看出,如果ZNode的过大,那么读写某一个ZNode将造成不确定的延时;同时ZNode过大,将过快地耗尽ZooKeeper服务器的内存。这也是为什么ZooKeeper不适合存储大量的数据的原因。

如何提升ZooKeeper集群的性能

我们说性能,可以从两个方面去考虑:写入的性能与读取的性能。

由于ZooKeeper的写入首先需要通过Leader,然后这个写入的消息需要传播到半数以上的Fellower通过才能完成整个写入。所以整个集群写入的性能无法通过增加服务器的数量达到目的,相反,整个集群中Fellower数量越多,整个集群写入的性能越差。

ZooKeeper集群中的每一台服务器都可以提供数据的读取服务,所以整个集群中服务器的数量越多,读取的性能就越好。但是Fellower增加又会降低整个集群的写入性能。为了避免这个问题,可以将ZooKeeper集群中部分服务器指定为Observer。

 

更多关于ZooKeeper的文章请参考:http://www.cnblogs.com/gpcuster/tag/ZooKeeper/

posted on 2010-12-29 23:00 逖靖寒 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏