想了解ZooKeeper，看这篇就够了

一、ZooKeeper是什么

ZooKeeper是一个集群管理者，监视集群中节点的状态，并根据状态进行下一步操作

ZooKeeper读请求是全局开放的，集群中的任意一台机器都可以处理，读请求在节点上注册监听器时，这个监听器的请是由链接的ZooKeeper机器处理

写请求会发给其他ZooKeeper机器，达成一致后，请求才返回

ZooKeeper机器越多，读请求吞吐量会提高但写请求会下降。

每个更新都有全局有序的，都唯一的时间戳(zxid)。读请求智慧相对于更新有序，每次读请求都会带有zxid。

二、ZooKeeper能提供什么

• 文件系统：提供多层级节点命名空间(znode)，每个节点存放数据上限为1M。这些节点都可以设置关联的数据，为了保证高吞吐量和低延迟，在内存中维护树状目录结构，但不能存放大量数据

• 通知机制：client对这个某个znode建立一个watcher，但观察到节点发生变化时，这些client会收到zk的通知，然后client进行对应的业务操作

三、ZooKeeper能做什么：

• 命名服务：命名服务是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址，利用zk创建一个全局的路径，即是唯一的路径，这个路径就可以作为一个名字，指向集群中的集群，提供的服务的地址，或者一个远程的对象等等。

• 配置管理 ：程序分布式的部署在不同的机器上，将程序的配置信息放在zk的znode下，当有配置发生改变时，也就是znode发生变化时，可以通过改变zk中某个目录节点的内容，利用watcher通知给各个客户端，从而更改配置。

• 集群管理 ：所谓集群管理无在乎两点：是否有机器退出和加入、选举master。对于第一点，所有机器约定在父目录下创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化消息。一旦有机器挂掉，该机器与 zookeeper的连接断开，其所创建的临时目录节点被删除，所有其他机器都收到通知：某个兄弟目录被删除，于是，所有人都知道：它上船了。新机器加入也是类似，所有机器收到通知：新兄弟目录加入，highcount又有了，对于第二点，我们稍微改变一下，所有机器创建临时顺序编号目录节点，每次选取编号最小的机器作为master就好。

• 分布式锁 ：有了zookeeper的一致性文件系统，锁的问题变得容易。锁服务可以分为两类，一个是保持独占，另一个是控制时序。对于第一类，我们将zookeeper上的一个znode看作是一把锁，通过createznode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock 节点，最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。用完删除掉自己创建的distribute_lock 节点就释放出锁。对于第二类， /distribute_lock 已经预先存在，所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点，和选master一样，编号最小的获得锁，用完删除，依次方便。

• 队列管理：两种类型的队列：

  • 同步队列，当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达。

  • 队列按照 FIFO 方式进行入队和出队操作。

第一类，在约定目录下创建临时目录节点，监听节点数目是否是我们要求的数目。

第二类，和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致，入列有编号，出列按编号。在特定的目录下创建PERSISTENT_SEQUENTIAL节点，创建成功时Watcher通知等待的队列，队列删除序列号最小的节点用以消费。此场景下Zookeeper的znode用于消息存储，znode存储的数据就是消息队列中的消息内容，SEQUENTIAL序列号就是消息的编号，按序取出即可。由于创建的节点是持久化的，所以不必担心队列消息的丢失问题。

四、数据复制

Zookeeper作为一个集群提供一致的数据服务，自然，它要在所有机器间做数据复制。数据复制的好处：

• 容错：一个节点出错，不致于让整个系统停止工作，别的节点可以接管它的工作；

• 提高系统的扩展能力 ：把负载分布到多个节点上，或者增加节点来提高系统的负载能力；

• 提高性能：让客户端本地访问就近的节点，提高用户访问速度。

从客户端读写访问的透明度来看，数据复制集群系统分下面两种：

• 写主(WriteMaster) ：对数据的修改提交给指定的节点。读无此限制，可以读取任何一个节点。这种情况下客户端需要对读与写进行区别，俗称读写分离；

• 写任意(Write Any)：对数据的修改可提交给任意的节点，跟读一样。这种情况下，客户端对集群节点的角色与变化透明。

对zookeeper来说，它采用的方式是写任意。通过增加机器，它的读吞吐能力和响应能力扩展性非常好，而写，随着机器的增多吞吐能力肯定下降（这也是它建立observer的原因），而响应能力则取决于具体实现方式，是延迟复制保持最终一致性，还是立即复制快速响应。

五、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。