Zookeeper学习笔记

目录

一、zookeeper介绍

1、概述

  Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。Hadoop和Hbase的重要组件。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。

2、特点

  • 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）集群中奇数台服务器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。

3、数据结构

  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的元数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。数据结构图:

4、应用场景

  提供的服务均包括：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、负载均衡等。

  • 1）统一命名服务

  • 1）统一配置管理

（1）分布式环境下，配置文件管理和同步是一个常见问题

  一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如hadoop集群。
  对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。

（2）配置管理可交由ZK实现
  可配置信息写入ZK上的一个Znode
  各个节点监听这个ZNode
  一旦Znode中的数据被修改，ZK将通知各个节点

  • 3、统一集群管理

（1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。
  可根据节点实时做出一些调整

（2）可交由Zk实现
  可将节点信息写入ZK上的一个ZNode
  监听这个Znode可获取它的实时状态变化

（3）典型应用
  HBase中Master状态监控与选举

（4）集群管理结构图如下所示：

4、服务器节点动态上下线

  • 5、软负载均衡

5、下载地址

二、Zookeeper安装

1、安装前准备：

  • 1）安装jdk。

  • 2）上传zookeeper到linux系统下。

  • 3）修改tar包权限。

[itstar@bigdata111 software]$ chmod u+x zookeeper-3.4.10.tar.gz
  • 4）解压到指定目录
[itstar@bigdata111 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/
  • 5）配置环境变量
[root@bigdata111 software]$ vi /etc/profile
export ZOOKEEPER_HOME=/opt/module/zookeeper-3.4.10
export PATH=$PATH:$ZOOKEEPER_HOME/bin

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；
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$mv zoo_sample.cfg  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
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$ mkdir zkData

3、操作zookeeper

  • 1）启动zookeeper
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start
  • 2）查看进程是否启动
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$ jps
--------------------------
4020 Jps
4001 QuorumPeerMain
  • 3）查看状态：
[itstar@bigdata111 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：
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh
  • 5）退出客户端：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit
  • 6）停止zookeeper
[itstar@bigdata111 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

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，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：Leader和Follower初始通信时限

  集群中的follower跟随者服务器与leader领导者服务器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Follower在initLimit时间内完成这个工作。

  • 3）syncLimit=5：Leader和Follower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

1、Zookeeper内部原理

  • 1）半数机制（Paxos 协议）：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。

  （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。

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）(小写：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）
    （小写：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）(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）(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。

  • 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、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

4、监听器原理

  • 1、监听原理详解：
      a)首先要有一个main（）线程
      b)在main线程中创建ZK客户端，这是会创建两个线程，一个负责网络连接通信（connect）,一个负责监听（listener）
      c)通过connect线程将注册的监听事件发送给ZK
      d)在ZK的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中
      e)ZK监听到有数据或路径发生变化时，就会将这个消息发送给listener线程
      f)Listener线程内部调用process()方法

  • 2、常见的监听

  a)监听节点数据的变化

i.Get path [watch]

  b)监听子节点增减的变化

i.Ls path [watch]

5、写数据流程

  读是局部性的，即client只需要从与它相连的server上读取数据即可；而client有写请求的话，与之相连的server会通知leader，然后leader会把写操作分发给所有server。所以定要比读慢很多。

四、Zookeeper实战

1、分布式安装部署

  • 0）集群规划
      在bigdata111、bigdata112和bigdata113三个节点上部署Zookeeper。

  • 1）解压安装
    （1）解压zookeeper安装包到/opt/module/目录下

[itstar@bigdata111 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 -p 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.1=bigdata111:2888:3888
server.2=bigdata112:2888:3888
server.3=bigdata113:2888:3888

（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/ root@bigdata112.itstar.com:/opt/app/
scp -r zookeeper-3.4.10/ root@bigdata113.itstar.com:/opt/app/
//并分别修改myid文件中内容为3、4

（4）分别启动zookeeper

[root@bigdata111 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[root@bigdata112 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[root@bigdata113 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start

（5）查看状态

[root@bigdata111 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
[root@bigdata112 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
[root@bigdata113 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

2、客户端命令行操作

命令基本语法 功能描述
help 显示所有操作命令
ls path [watch] 使用 ls 命令来查看当前znode中所包含的内容
ls2 path [watch] 查看当前节点数据并能看到更新次数等数据
create 普通创建(永久节点)
-s 含有序列
-e 临时（重启或者超时消失）
get path [watch] 获得节点的值
set 设置节点的具体值
stat 查看节点状态
delete 删除节点
rmr 递归删除节点
  • 1）启动客户端
[itstar@bigdata112 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客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit
[itstar@bigdata113 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

3、API应用

  • 1）创建一个工程

  log4j.properties文件
  https://files.cnblogs.com/files/nthforsth/log4j.zip

  Pom.xml

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
            <version>3.4.10</version>
        </dependency>
</dependencies>
  • 2 创建ZooKeeper客户端
private static String connectString = "bigdata111:2181,bigdata112:2181,bigdata113:2181";
	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());

				// 再次启动监听
				try {
					zkClient.getChildren("/", true);
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		});
	}
  • 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、获取子节点并监听
// 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);
	}
  • 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、案例实战-分布式秒杀

  • Zk所需要的Pom依赖
        <!-- zookeeper所需依赖 -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-framework</artifactId>
            <version>4.0.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-recipes</artifactId>
            <version>4.0.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-client</artifactId>
            <version>4.0.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.google.guava</groupId>
            <artifactId>guava</artifactId>
            <version>16.0.1</version>
        </dependency>
  • TestDistributedLock
import org.apache.curator.RetryPolicy;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;

public class TestDistributedLock {

    //定义共享资源
    private static int count = 10;

    private static void printCountNumber() {
        System.out.println("***********" + Thread.currentThread().getName() + "**********");
        System.out.println("当前值：" + count);
        count--;

        //睡2秒
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("***********" + Thread.currentThread().getName() + "**********");
    }


    public static void main(String[] args) {
        //定义客户端重试的策略
        RetryPolicy policy = new ExponentialBackoffRetry(1000,  //每次等待的时间
                10); //最大重试的次数

        //定义ZK的一个客户端
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("bigdata111:2181")
                .retryPolicy(policy)
                .build();

        //在ZK生成锁  ---> 就是ZK的目录
        client.start();
        final InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, "/mylock");

        // 启动10个线程去访问共享资源
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {

                public void run() {
                    try {
                        //请求得到锁
                        lock.acquire();
                        //访问共享资源
                        printCountNumber();
                    } catch (Exception ex) {
                        ex.printStackTrace();
                    } finally {
                        //释放锁
                        try {
                            lock.release();
                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}
posted @ 2020-02-08 21:54  落花桂  阅读(240)  评论(0)  编辑  收藏  举报
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