• 前言

• 話不多說進入正題

• 1. 并發(fā)環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)

• 2. Zookeeper的介紹

• 3.zookeeper的理論

• finally

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前言

前面幾篇以spring作為主題也是有些時日了，高并發(fā)分布式這個主題也挺大能說挺多東西的，也是再開了個坑，然后分P來慢慢跟進吧。

我和大部分人一樣是一名學(xué)習(xí)者，不是布道者，更多的是自己的學(xué)習(xí)總結(jié)而不具有權(quán)威，進行總結(jié)，盡量讓人看的簡單是我的本意，然后有錯則改，無則加勉是最好的，在此也希望大家共同進步。

高并發(fā)分布式開發(fā)技術(shù)體系已然非常的龐大，從國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)使用情況，可發(fā)現(xiàn)RPC、Dubbo、ZK是最基礎(chǔ)的技能要求。

關(guān)于Zookeeper你是不是還停留在Dubbo注冊中心的印象中呢？還有它的工作原理呢？經(jīng)典應(yīng)用場景呢？

對前面三個問題，如若回答時沒有自己的思路或者說并未了解，那么我覺得我可以幫助到你去入門，并深化這些知識，讓你在面試中更好地去回答。

話不多說進入正題

1. 并發(fā)環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)

回憶我們學(xué)多線程的時候，網(wǎng)上有個圖也是十分的有意思

其實我們把線程換成進程，相當于每臺服務(wù)上跑了一個程序，相同的應(yīng)用程序運行于多個服務(wù)器集群上，是為了解決單臺服務(wù)面對高并發(fā)處理不來的情況。而嘗試去處理這些情況，我們就會面臨很多諸如此類的問題

比如說我們現(xiàn)在是3臺服務(wù)器的一個集群， 怎么保證所有機器共享的配置信息保持一致？

有一臺機器掛掉了，其他機器如何感知到這一變化并接管任務(wù)？

用戶量突然的爆增，需要增加機器來緩解壓力，如何做到不重啟集群而完成機器的添加？

分布式系統(tǒng)，怎么高效協(xié)同多臺服務(wù)對同一網(wǎng)絡(luò)文件進行寫操作（網(wǎng)絡(luò)并不是即時的，它并不可靠，存在延時）？

此時我們就需要一個類似于線程協(xié)同機制的能讓進程進行協(xié)同的工具

2. Zookeeper的介紹

① Zookeeper的名字由來

在apache上的許多開源項目都是以動物形象作為icon，比如tomcat就是一只貓，hive是只黃蜂等，zookeeper的工作就是把這些動物的行動進行協(xié)調(diào)

② Zookeeper的簡介

zookeeper就是一種用于分布式應(yīng)用程序的高性能協(xié)調(diào)服務(wù)，它的特點就是數(shù)據(jù)是存于內(nèi)存中的，持久化實現(xiàn)在日志中。

它的內(nèi)存類似于樹形結(jié)構(gòu)，且高吞吐低延遲，可以幫助我們實現(xiàn)分布式統(tǒng)一配置中心，服務(wù)注冊，分布式鎖等 組成ZooKeeper服務(wù)的服務(wù)器必須彼此了解。它們維護內(nèi)存中的狀態(tài)圖像，以及持久性存儲中的事務(wù)日志和快照。只要大多數(shù)服務(wù)器可用，ZooKeeper服務(wù)就可用。

客戶端連接到單個ZooKeeper服務(wù)器?？蛻舳司S護TCP連接，通過該連接發(fā)送請求，獲取響應(yīng)，獲取監(jiān)視事件以及發(fā)送tick。如果與服務(wù)器的TCP連接中斷，則客戶端將連接到其他服務(wù)器。

③ Zookeeper的安裝（linux下）

1.JDK版本需要在1.6以上
2.下載：https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.5.2/zookeeper-3.5.2.tar.gz
3.解壓后的conf目錄，增加配置文件zoo.cfg
4.啟動服務(wù)端 bin/zkServer.sh start
5.測試，客戶端連接：bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
zoo.cfg的關(guān)鍵配置有3個：
    tickTime=2000：一次心跳的基本時間，
    dataDir：數(shù)據(jù)與日志的存放處
    clientPort：端口號

④ Zookeeper的特點

1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單

類似于Unix文件系統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)，每個目錄成為Znode節(jié)點，但它不同于文件系統(tǒng)，它既可以視為文件夾，也可以視為文件來存放數(shù)據(jù)，但是我們平時還是得叫它節(jié)點，別叫文件夾這么掉價。

需要注意：同一個節(jié)點下的子節(jié)點名稱不能相同，且命名是有規(guī)范的，它的路徑是沒有相對路徑的概念的，都是絕對路徑，任何開始都以"/"開始，最后就是，它存放數(shù)據(jù)的大小是有限制的

2.數(shù)據(jù)模型特點

層次命名空間：就是上面已經(jīng)提到的，類似于unix的文件系統(tǒng)，以"/"為根，節(jié)點可以包含關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)和子節(jié)點，絕對路徑 Znode：名稱唯一，命名有規(guī)范，類型分4種：持久，順序，臨時，臨時順序，節(jié)點的數(shù)據(jù)構(gòu)成之后再提

3.命名規(guī)范

節(jié)點名稱除下列限制外，可以使用任何unicode字符：

1. null字符(\u0000)不能作為路徑名的一部分；

2. 以下字符不能使用，因為它們不能很好地顯示，或者以令人困惑的方式呈現(xiàn):\u0001 - \u0019和\u007F - \u009F。

3. 不允許使用以下字符:\ud800 - uf8fff， \uFFF0 - uFFFF。

4. “.”字符可以用作另一個名稱的一部分，但是“.”和“..”不能單獨用于指示路徑上的節(jié)點，因為ZooKeeper不使用相對路徑。

下列內(nèi)容無效:“/a/b/. / c”或“c / a / b / . . /”。

5. “zookeeper”是保留節(jié)點名。

4.一些命令

因為我的電腦是window系統(tǒng)的，所以我找了一個window版本的zookeeper來進行演示

先大致解釋一下各個目錄的內(nèi)容

bin ---> 包括了linux和window的運行程序的運行目錄
conf ---> zookeeper的配置zoo.cfg
contrib ---> 其他一些組件和發(fā)行版本
dist-maven ---> maven發(fā)布下的一些jar包
docs ---> 文檔
lib ---> 庫
recipe ---> 一些應(yīng)用實例
src ---> zookeeper的源碼，因為zookeeper是java寫出來的

啟動bin目錄下的zkServer.cmd,再啟動zkClient.cmd即可，在我根本不知道該如何進行學(xué)習(xí)的時候，一般來說輸入help，-help，-h這些指令就可以獲取到幫助，下圖我就是在客戶端輸入了-help指令

因為命令都相對簡單所以也不進行演示了，唯一需要注意的是要注意路徑"/"的問題

比如 ls / 就是根目錄，create /zk 123，還有各個命令的依托條件，比如create必須要提供父節(jié)點，delete節(jié)點時次節(jié)點不能有子節(jié)點等···

5.Zookeeper的重要特點---有序

提供多種方式跟蹤時間，ZooKeeper給每個更新貼上一個數(shù)字，這個數(shù)字反映了所有ZooKeeper事務(wù)的順序，嚴格的順序意味著可以在客戶機上實現(xiàn)復(fù)雜的同步原語 解釋czxid、version、zoo.cfg中ticks配置

• Zxid ：Zookeeper中每次寫請求都對應(yīng)一個唯一的事務(wù)id，稱為 Zxid，它是全局的且有序的，如果 Zxid1 小于 Zxid2，那 Zxid1 就一定是發(fā)生在 Zxid2 前

  
  

• version numbers ：版本號，對節(jié)點的寫請求都會導(dǎo)致該節(jié)點的3種版本號增加（其實套路和樂觀鎖差不多），dataVersion（對znode數(shù)據(jù)的更改次數(shù)），cversion（對znode子節(jié)點的更改次數(shù)），aclVersion（對znode ACL的更改次數(shù)

  
  

• ticks ：當使用多服務(wù)器Zookeeper時，服務(wù)器使用一個“滴答”來定義事件的時間，如狀態(tài)上傳，會話超時等，它通過最小會話超時（默認是滴答時間x2）間接公開，如果客戶端請求超過這個時間，那客戶端就不再能連接上服務(wù)器端

  
  

• real time：Zookeeper并不使用真實時間

  
  

你可以使用stat path或者ls2來查看這些信息

cZxid：創(chuàng)建該節(jié)點的zxid
ctime：該節(jié)點的創(chuàng)建時間
mZxid：該節(jié)點的最后修改zxid
mtime：該節(jié)點的最后修改時間
pZxid：該節(jié)點的最后子節(jié)點修改zxid
cversion：該節(jié)點的子節(jié)點變更次數(shù)
dataVersion：該節(jié)點數(shù)據(jù)被修改的次數(shù)
aclVersion：該節(jié)點的ACL變更次數(shù)
aphemeraOwner：臨時節(jié)點所有者會話id，非臨時的為0
dataLength：該節(jié)點數(shù)據(jù)長度
numChildren：子節(jié)點數(shù)

這些數(shù)據(jù)都在從側(cè)面告訴我們，zookeeper是一個協(xié)調(diào)者

6.zookeeper的第二個特點---可復(fù)制

數(shù)據(jù)可復(fù)制，可備份。zookeeper可以快速地搭建一個集群，內(nèi)部自帶了這樣的一些工具與機制，我們只需要設(shè)置一些配置即可，保證服務(wù)可靠，不會成為單點故障

7.zookeeper的第三個特點---迅速

zookeeper的一些特點可以應(yīng)用于大型分布式系統(tǒng)

3.zookeeper的理論

① zookeeper的會話機制

Session會話

1.一個客戶端連接一個會話，由zookeeper分配唯一會話id
2.客戶端以特定的時間間隔發(fā)送心跳以保持會話有效，
3.超過會話超時時間未收到客戶端的心跳，則判斷客戶端無效（默認2倍tickTime）
4.會話中額請求是FIFO（先進先出原則）的順序執(zhí)行

② znode的數(shù)據(jù)構(gòu)成

節(jié)點數(shù)據(jù)：存儲的基本信息(狀態(tài)，配置，位置等）
節(jié)點元數(shù)據(jù)：stat命令下的一些數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)大?。合拗?span style="line-height: 1.6 !important;">1M

③ znode的節(jié)點類型

1.持久節(jié)點：直接通過create path value所創(chuàng)建
2.臨時節(jié)點：create -e path value
3.順序節(jié)點：create -s path value

注意
    1.session會話失效時，臨時節(jié)點就會被刪除
    2.順序節(jié)點的創(chuàng)建，后為10位十進制序號，每個父節(jié)點擁有一個計數(shù)器，這個計數(shù)器也是有限制的，到2147483647之后將溢出
    3.順序節(jié)點在會話結(jié)束仍然存在

④ Watch監(jiān)聽機制

客戶端能在znodes上設(shè)置watch，監(jiān)聽znode的變化，包括增刪改查，通過stat path ，ls2 path get path皆可查看

觸發(fā)watch事件的條件有4種，create，delete，change，child（子節(jié)點事件）

watch的重要特性

1.僅一次性：watch觸發(fā)后會立即刪除，要持續(xù)監(jiān)聽變化的話就要持續(xù)提供設(shè)置watch，這也是watch的注意事項

2.有序性：客戶端先得到watch通知才可查看變化結(jié)果

watch的注意事項

1.剛剛提及到的它的僅一次性

2.獲取事件和發(fā)送watch，獲取watch，這些請求有可能存在延時，所以不能絕對可靠得到每個節(jié)點發(fā)生的每個更改

3.一個watch對象只會被通知一次，如果一個watch同時注冊了多個接口（exists,getData）,如果此時刪除節(jié)點，雖然這個事件對exists和getData都有效，但是watch只會被調(diào)用一次

阻塞線程喚醒機制—客戶端可以被動接受其他客戶端進程狀態(tài)通知

⑤ zookeeper的特性

 1.順序一致性(Sequential Consistency)，保證客戶端操作是按順序生效的；

 2.原子性(Atomicity)，更新成功或失敗。沒有部分結(jié)果。

 3.單個系統(tǒng)映像，無論連接到哪個服務(wù)器，客戶端都將看到相同的內(nèi)容

 4.可靠性，數(shù)據(jù)的變更不會丟失，除非被客戶端覆蓋修改。

 5.及時性，保證系統(tǒng)的客戶端當時讀取到的數(shù)據(jù)是最新的。

finally

通過上面的闡述應(yīng)該我們對于zookeeper有了一個初步的認識，之后會陸續(xù)說說分布式鎖，集群還有一些場景的應(yīng)用

End

作者：說出你的愿望吧～,本文版權(quán)歸作者所有

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