Zookeeper 入门.docx
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Zookeeper入门
分布式服务框架Zookeeper（一篇非常好的介绍zookeeper的文章）
许令波,Java工程师,淘宝网
许令波，现就职于淘宝网，是一名Java开发工程师。
对大型互联网架构设计颇感兴趣，喜欢钻研开源框架的设计原理。
有时间将学到的知识整理成文章，也喜欢记录下工作和生活中的一些思考。
个人网站是：
HYPERLINK""。
简介：
Zookeeper分布式服务框架是ApacheHadoop的一个子项目，它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：
统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。
本文将从使用者角度详细介绍Zookeeper的安装和配置文件中各个配置项的意义，以及分析Zookeeper的典型的应用场景（配置文件的管理、集群管理、同步锁、Leader选举、队列管理等），用Java实现它们并给出示例代码。
发布日期：
2010年11月18日
级别：
初级
访问情况：
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评论：
安装和配置详解
本文介绍的Zookeeper是以3.2.2这个稳定版本为基础，最新的版本可以通过官网http:
//hadoop.apache.org/zookeeper/来获取，Zookeeper的安装非常简单，下面将从单机模式和集群模式两个方面介绍Zookeeper的安装和配置。
单机模式
单机安装非常简单，只要获取到Zookeeper的压缩包并解压到某个目录如：
/home/zookeeper-3.2.2下，Zookeeper的启动脚本在bin目录下，Linux下的启动脚本是zkServer.sh，在3.2.2这个版本Zookeeper没有提供windows下的启动脚本，所以要想在windows下启动Zookeeper要自己手工写一个，如清单1所示：
清单1.Windows下Zookeeper启动脚本
setlocal
setZOOCFGDIR=%~dp0%..\conf
setZOO_LOG_DIR=%~dp0%..
setZOO_LOG4J_PROP=INFO,CONSOLE
setCLASSPATH=%ZOOCFGDIR%
setCLASSPATH=%~dp0..\*;%~dp0..\lib\*;%CLASSPATH%
setCLASSPATH=%~dp0..\build\classes;%~dp0..\build\lib\*;%CLASSPATH%
setZOOCFG=%ZOOCFGDIR%\zoo.cfg
setZOOMAIN=org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServerMain
java"-Dzookeeper.log.dir=%ZOO_LOG_DIR%""-Dzookeeper.root.logger=%ZOO_LOG4J_PROP%"
-cp"%CLASSPATH%"%ZOOMAIN%"%ZOOCFG%"%*
endlocal
在你执行启动脚本之前，还有几个基本的配置项需要配置一下，Zookeeper的配置文件在conf目录下，这个目录下有zoo_sample.cfg和log4j.properties，你需要做的就是将zoo_sample.cfg改名为zoo.cfg，因为Zookeeper在启动时会找这个文件作为默认配置文件。
下面详细介绍一下，这个配置文件中各个配置项的意义。
tickTime=2000
dataDir=D:
/devtools/zookeeper-3.2.2/build
clientPort=2181
∙tickTime：
这个时间是作为Zookeeper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。
∙dataDir：
顾名思义就是Zookeeper保存数据的目录，默认情况下，Zookeeper将写数据的日志文件也保存在这个目录里。
∙clientPort：
这个端口就是客户端连接Zookeeper服务器的端口，Zookeeper会监听这个端口，接受客户端的访问请求。
当这些配置项配置好后，你现在就可以启动Zookeeper了，启动后要检查Zookeeper是否已经在服务，可以通过netstat–ano命令查看是否有你配置的clientPort端口号在监听服务。
集群模式
Zookeeper不仅可以单机提供服务，同时也支持多机组成集群来提供服务。
实际上Zookeeper还支持另外一种伪集群的方式，也就是可以在一台物理机上运行多个Zookeeper实例，下面将介绍集群模式的安装和配置。
Zookeeper的集群模式的安装和配置也不是很复杂，所要做的就是增加几个配置项。
集群模式除了上面的三个配置项还要增加下面几个配置项：
initLimit=5
syncLimit=2
server.1=192.168.211.1:
2888:
3888
server.2=192.168.211.2:
2888:
3888
∙initLimit：
这个配置项是用来配置Zookeeper接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接Zookeeper服务器的客户端，而是Zookeeper服务器集群中连接到Leader的Follower服务器）初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数。
当已经超过10个心跳的时间（也就是tickTime）长度后Zookeeper服务器还没有收到客户端的返回信息，那么表明这个客户端连接失败。
总的时间长度就是5*2000=10秒
∙syncLimit：
这个配置项标识Leader与Follower之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个tickTime的时间长度，总的时间长度就是2*2000=4秒
∙server.A=B：
C：
D：
其中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表示的是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；D表示的是万一集群中的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。
如果是伪集群的配置方式，由于B都是一样，所以不同的Zookeeper实例通信端口号不能一样，所以要给它们分配不同的端口号。
除了修改zoo.cfg配置文件，集群模式下还要配置一个文件myid，这个文件在dataDir目录下，这个文件里面就有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时会读取这个文件，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那个server。
数据模型
Zookeeper会维护一个具有层次关系的数据结构，它非常类似于一个标准的文件系统，如图1所示：
图1Zookeeper数据结构
Zookeeper这种数据结构有如下这些特点：
1.每个子目录项如NameService都被称作为znode，这个znode是被它所在的路径唯一标识，如Server1这个znode的标识为/NameService/Server1
2.znode可以有子节点目录，并且每个znode可以存储数据，注意EPHEMERAL类型的目录节点不能有子节点目录
3.znode是有版本的，每个znode中存储的数据可以有多个版本，也就是一个访问路径中可以存储多份数据
4.znode可以是临时节点，一旦创建这个znode的客户端与服务器失去联系，这个znode也将自动删除，Zookeeper的客户端和服务器通信采用长连接方式，每个客户端和服务器通过心跳来保持连接，这个连接状态称为session，如果znode是临时节点，这个session失效，znode也就删除了
5.znode的目录名可以自动编号，如App1已经存在，再创建的话，将会自动命名为App2
6.znode可以被监控，包括这个目录节点中存储的数据的修改，子节点目录的变化等，一旦变化可以通知设置监控的客户端，这个是Zookeeper的核心特性，Zookeeper的很多功能都是基于这个特性实现的，后面在典型的应用场景中会有实例介绍
如何使用
Zookeeper作为一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，它能提供基于类似于文件系统的目录节点树方式的数据存储，但是Zookeeper并不是用来专门存储数据的，它的作用主要是用来维护和监控你存储的数据的状态变化。
通过监控这些数据状态的变化，从而可以达到基于数据的集群管理，后面将会详细介绍Zookeeper能够解决的一些典型问题，这里先介绍一下，Zookeeper的操作接口和简单使用示例。
常用接口列表
客户端要连接Zookeeper服务器可以通过创建org.apache.zookeeper.ZooKeeper的一个实例对象，然后调用这个类提供的接口来和服务器交互。
前面说了ZooKeeper主要是用来维护和监控一个目录节点树中存储的数据的状态，所有我们能够操作ZooKeeper的也和操作目录节点树大体一样，如创建一个目录节点，给某个目录节点设置数据，获取某个目录节点的所有子目录节点，给某个目录节点设置权限和监控这个目录节点的状态变化。
这些接口如下表所示：
表1org.apache.zookeeper.ZooKeeper方法列表
方法名
方法功能描述
Stringcreate（String path,byte[] data,List acl,CreateMode createMode）
创建一个给定的目录节点path,并给它设置数据，CreateMode 标识有四种形式的目录节点，分别是PERSISTENT：
持久化目录节点，这个目录节点存储的数据不会丢失；PERSISTENT_SEQUENTIAL：
顺序自动编号的目录节点，这种目录节点会根据当前已近存在的节点数自动加1，然后返回给客户端已经成功创建的目录节点名；EPHEMERAL：
临时目录节点，一旦创建这个节点的客户端与服务器端口也就是session超时，这种节点会被自动删除；EPHEMERAL_SEQUENTIAL：
临时自动编号节点
Statexists（String path,boolean watch）
判断某个path是否存在，并设置是否监控这个目录节点，这里的watcher是在创建ZooKeeper实例时指定的watcher，exists方法还有一个重载方法，可以指定特定的watcher
Statexists（String path,Watcher watcher）
重载方法，这里给某个目录节点设置特定的watcher，Watcher在ZooKeeper是一个核心功能，Watcher可以监控目录节点的数据变化以及子目录的变化，一旦这些状态发生变化，服务器就会通知所有设置在这个目录节点上的Watcher，从而每个客户端都很快知道它所关注的目录节点的状态发生变化，而做出相应的反应
voiddelete（String path,int version）
删除path对应的目录节点，version为-1可以匹配任何版本，也就删除了这个目录节点所有数据
ListgetChildren（String path,boolean watch）
获取指定path下的所有子目录节点，同样getChildren方法也有一个重载方法可以设置特定的watcher监控子节点的状态
StatsetData（String path,byte[] data,int version）
给path设置数据，可以指定这个数据的版本号，如果version为-1怎可以匹配任何版本
byte[]getData（String path,boolean watch,Stat stat）
获取这个path对应的目录节点存储的数据，数据的版本等信息可以通过stat来指定，同时还可以设置是否监控这个目录节点数据的状态
voidaddAuthInfo（String scheme,byte[] auth）
客户端将自己的授权信息提交给服务器，服务器将根据这个授权信息验证客户端的访问权限。
StatsetACL（String path,List acl,int version）
给某个目录节点重新设置访问权限，需要注意的是Zookeeper中的目录节点权限不具有传递性，父目录节点的权限不能传递给子目录节点。
目录节点ACL由两部分组成：
perms和id。
Perms有ALL、READ、WRITE、CREATE、DELETE、ADMIN几种
而id标识了访问目录节点的身份列表，默认情况下有以下两种：
ANYONE_ID_UNSAFE=newId（"world","anyone"）和AUTH_IDS=newId（"auth",""）分别表示任何人都可以访问和创建者拥有访问权限。
ListgetACL（String path,Stat stat）
获取某个目录节点的访问权限列表
除了以上这些上表中列出的方法之外还有一些重载方法，如都提供了一个回调类的重载方法以及可以设置特定Watcher的重载方法，具体的方法可以参考org.apache.zookeeper.ZooKeeper类的API说明。
基本操作
下面给出基本的操作ZooKeeper的示例代码，这样你就能对ZooKeeper有直观的认识了。
下面的清单包括了创建与ZooKeeper服务器的连接以及最基本的数据操作：
清单2.ZooKeeper基本的操作示例
//创建一个与服务器的连接
ZooKeeperzk=newZooKeeper（"localhost:
"+CLIENT_PORT,
ClientBase.CONNECTION_TIMEOUT,newWatcher（）{
//监控所有被触发的事件
publicvoidprocess（WatchedEventevent）{
System.out.println（"已经触发了"+event.getType（）+"事件！
"）;
}
}）;
//创建一个目录节点
zk.create（"/testRootPath","testRootData".getBytes（）,Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.PERSISTENT）;
//创建一个子目录节点
zk.create（"/testRootPath/testChildPathOne","testChildDataOne".getBytes（）,
Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT）;
System.out.println（newString（zk.getData（"/testRootPath",false,null）））;
//取出子目录节点列表
System.out.println（zk.getChildren（"/testRootPath",true））;
//修改子目录节点数据
zk.setData（"/testRootPath/testChildPathOne","modifyChildDataOne".getBytes（）,-1）;
System.out.println（"目录节点状态：
["+zk.exists（"/testRootPath",true）+"]"）;
//创建另外一个子目录节点
zk.create（"/testRootPath/testChildPathTwo","testChildDataTwo".getBytes（）,
Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT）;
System.out.println（newString（zk.getData（"/testRootPath/testChildPathTwo",true,null）））;
//删除子目录节点
zk.delete（"/testRootPath/testChildPathTwo",-1）;
zk.delete（"/testRootPath/testChildPathOne",-1）;
//删除父目录节点
zk.delete（"/testRootPath",-1）;
//关闭连接
zk.close（）;
输出的结果如下：
已经触发了None事件！
testRootData
[testChildPathOne]
目录节点状态：
[5,5,1281804532336,1281804532336,0,1,0,0,12,1,6]
已经触发了NodeChildrenChanged事件！
testChildDataTwo
已经触发了NodeDeleted事件！
已经触发了NodeDeleted事件！
当对目录节点监控状态打开时，一旦目录节点的状态发生变化，Watcher对象的process方法就会被调用。
ZooKeeper典型的应用场景
Zookeeper从设计模式角度来看，是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应，从而实现集群中类似Master/Slave管理模式，关于Zookeeper的详细架构等内部细节可以阅读Zookeeper的源码
下面详细介绍这些典型的应用场景，也就是Zookeeper到底能帮我们解决那些问题？
下面将给出答案。
统一命名服务（NameService）
分布式应用中，通常需要有一套完整的命名规则，既能够产生唯一的名称又便于人识别和记住，通常情况下用树形的名称结构是一个理想的选择，树形的名称结构是一个有层次的目录结构，既对人友好又不会重复。
说到这里你可能想到了JNDI，没错Zookeeper的NameService与JNDI能够完成的功能是差不多的，它们都是将有层次的目录结构关联到一定资源上，但是Zookeeper的NameService更加是广泛意义上的关联，也许你并不需要将名称关联到特定资源上，你可能只需要一个不会重复名称，就像数据库中产生一个唯一的数字主键一样。
NameService已经是Zookeeper内置的功能，你只要调用Zookeeper的API就能实现。
如调用create接口就可以很容易创建一个目录节点。
配置管理（ConfigurationManagement）
配置的管理在分布式应用环境中很常见，例如同一个应用系统需要多台PCServer运行，但是它们运行的应用系统的某些配置项是相同的，如果要修改这些相同的配置项，那么就必须同时修改每台运行这个应用系统的PCServer，这样非常麻烦而且容易出错。
像这样的配置信息完全可以交给Zookeeper来管理，将配置信息保存在Zookeeper的某个目录节点中，然后将所有需要修改的应用机器监控配置信息的状态，一旦配置信息发生变化，每台应用机器就会收到Zookeeper的通知，然后从Zookeeper获取新的配置信息应用到系统中。
图2.配置管理结构图
集群管理（GroupMembership）
Zookeeper能够很容易的实现集群管理的功能，如有多台Server组成一个服务集群，那么必须要一个“总管”知道当前集群中每台机器的服务状态，一旦有机器不能提供服务，集群中其它集群必须知道，从而做出调整重新分配服务策略。
同样当增加集群的服务能力时，就会增加一台或多台Server，同样也必须让“总管”知道。
Zookeeper不仅能够帮你维护当前的集群中机器的服务状态，而且能够帮你选出一个“总管”，让这个总管来管理集群，这就是Zookeeper的另一个功能LeaderElection。
它们的实现方式都是在Zookeeper上创建一个EPHEMERAL类型的目录节点，然后每个Server在它们创建目录节点的父目录节点上调用getChildren（String path,boolean watch）方法并设置watch为true，由于是EPHEMERAL目录节点，当创建它的Server死去，这个目录节点也随之被删除，所以Children将会变化，这时getChildren上的Watch将会被调用，所以其它Server就知道已经有某台Server死去了。
新增Server也是同样的原理。
Zookeeper如何实现LeaderElection，也就是选出一个MasterServer。
和前面的一样每台Server创建一个EPHEMERAL目录节点，不同的是它还是一个SEQUENTIAL目录节点，所以它是个EPHEMERAL_SEQUENTIAL目录节点。
之所以它是EPHEMERAL_SEQUENTIAL目录节点，是因为我们可以给每台Server编号，我们可以选择当前是最小编号的Server为Master，假如这个最小编号的Server死去，由于是EPHEMERAL节点，死去的Server对应的节点也被删除，所以当前的节点列表中又出现一个最小编号的节点，我们就选择这个节点为当前Master。
这样就实现了动态选择Master，避免了传统意义上单Master容易出现单点故障的问题。
图3.集群管理结构图
这部分的示例代码如下，完整的代码请看附件：
清单3.LeaderElection关键代码
voidfindLeader（）throwsInterruptedException{
byte[]leader=null;
try{
leader=zk.getData（root+"/leader",true,null）;
}catch（Exceptione）{
logger.error（e）;
}
if（leader!
=null）{
following（）;
}else{
StringnewLeader=null;
try{
byte[]localhost=InetAddress.getLoca
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