概念

zookeeper官网：https://zookeeper.apache.org/

大数据生态系统里的很多组件的命名都是某种动物或者昆虫，比如hadoop就是 🐘，hive就是🐝。zookeeper即动物园管理者，顾名思义就是管理大数据生态系统各组件的管理员，如下图所示：

zooKeeper致力于为分布式应用提供一个高性能、高可用，且具有严格顺序访问控制能力的分布式协调服务。

1. 高性能

   zooKeeper将全量数据存储在内存中，并直接服务于客户端的所有非事务请求，尤其适用于以读为主的应用场景。

2. 高可用

   zooKeeper一般以集群的方式对外提供服务，一般3 ~ 5台机器就可以组成一个可用的zookeeper集群了，每台机器都会在内存中维护当前的服务器状态，并且每台机器之间都相互保持着通信。只要集群中超过一半的机器都能够正常工作，那么整个集群就能够正常对外服务。

3. 严格顺序访问

   对于来自客户端的每个更新请求，ZooKeeper都会分配一个全局唯一的递增编号，这个编号反映了所有事务操作的先后顺序。

应用场景

ZooKeeper是一个经典的分布式数据一致性解决方案，致力于为分布式应用提供一个高性能、高可用，且具有严格顺序访问控制能力的分布式协调存储服务。

• 注册中心
• 配置中心
• 集群管理
• 分布式锁
• 生成分布式唯一ID

1. 维护配置信息

   zooKeeper、config、nacos都可以当做配置中心使用。分布式兴起，许多服务使用相同的配置文件，如果配置文件发送变化，运维上需要逐个修改服务的配置文件，繁琐。通常会将配置文件部署在一个集群上，提供服务，高效快速且可靠地完成配置项的更改等操作，并能够保证各配置项在每台服务器上的数据一致性。

   zookeeper就可以提供这样一种服务，其使用Zab这种一致性协议来保证一致性。现在有很多开源项目使用zookeeper来维护配置，比如在hbase中，客户端就是连接 一个zookeeper，获得必要的hbase集群的配置信息，然后才可以进一步操作。还有在开源的消息队列kafka中，也使用zookeeper来维护broker的信息。在alibaba开源的soa框架dubbo中也广泛的使用zookeeper管理一些配置来实现服务治理。

2. 集群管理&注册中心

   一个集群有时会因为各种软硬件故障或者网络故障，出现某些服务器挂掉而被移除集群，而某些服务器加入到集群中的情况，zookeeper会将这些服务器加入/移出的情况 通知给集群中的其他正常工作的服务器，以及及时调整存储和计算等任务的分配和执行等。此外zookeeper还会对故障的服务器做出诊断并尝试修复。

3. 分布式锁

   多台服务器上运行着同一种服务，要协调各服务的进度，有时候需要保证当某个服务在进行某个操作时，其他的服务都不能进行该操作，即对该操作进行加锁，如果当前机器挂掉后，释放锁并fail over 到其他的机器继续执行该服务。

4. 生成分布式唯一ID

   单库单表型系统中，通常可以使用数据库字段自带的auto_increment属性来自动为每条记录生成一个唯一的ID。但是分库分表后，就无法在依靠数据库的 auto_increment属性来唯一标识一条记录了。此时我们就可以用zookeeper在分布式环境下生成全局唯一ID。做法如下：每次要生成一个新Id时，创建一个持久顺序节点，创建操作返回的节点序号，即为新Id，然后把比自己节点小的删除即可。

数据模型

zookeeper的数据节点可以视为树状结构（或者目录），树中的各节点被称为znode（即zookeeper node），类似Linux的文件系统，一个znode可以有多个子节点。zookeeper节点在结构上表现为树状；使用路径path来定位某个znode，比如/ns-1/itcast/mysql/schema1/table1，此处ns-1、itcast、mysql、schema1、table1分别是根节点、2级节点、3级节点以及4级节点；其中ns-1是itcast的父节点，itcast是ns-1的子节点，itcast是mysql的父节点，mysql是itcast的子节点，以此类推。

znode，兼具文件和目录两种特点。既像文件一样维护着数据、元信息、ACL、时间戳等数据结构，又像目录一样可以作为路径标识的一部分。

znode节点

• 节点的数据：即znode data(节点path, 节点data)的关系就像是java map中(key, value)的关系

• 节点的子节点children

• 节点的状态stat：用来描述当前节点的创建、修改记录，包括cZxid、ctime等

节点状态stat的属性：

在zookeeper shell中使用get命令查看指定路径节点的data、stat信息：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] get /ns-1/tenant 

cZxid = 0x6a0000000a 
ctime = Wed Mar 27 09:56:44 CST 2019 
mZxid = 0x6a0000000a 
mtime = Wed Mar 27 09:56:44 CST 2019
pZxid = 0x6a0000000e 
cversion = 2 
dataVersion = 0 
aclVersion = 0 
ephemeralOwner = 0x0 
dataLength = 0 
numChildren = 2

属性说明：

• cZxid：数据节点创建时的事务 ID ，增删改才有事务 ID
• ctime：数据节点创建时的时间
• mZxid：数据节点最后一次更新时的事务 ID
• mtime：数据节点最后一次更新时的时间
• pZxid：数据节点的子节点最后一次被修改时的事务 ID
• cversion：子节点的更改次数
• dataVersion：节点数据的更改次数
• aclVersion：节点的 ACL 的更改次数
• ephemeralOwner：如果节点是临时节点，则表示创建该节点的会话的SessionID；如果节点是持久节点，则该属性值为 0
• dataLength：数据内容的长度
• numChildren：数据节点当前的子节点个数

节点类型：

zookeeper中的节点有两种，分别为临时节点和永久节点。节点的类型在创建时即被确定，并且不能改变。

临时节点：该节点的生命周期依赖于创建它们的会话。一旦会话(Session)结束，临时节点将被自动删除，当然也可以手动删除。虽然每个临时的Znode都会绑定到一个客户端会话，但他们对所有的客户端还是可见的。另外，ZooKeeper的临时节点不允许拥有子节点。

持久化节点：该节点的生命周期不依赖于会话，并且只有在客户端显示执行删除操作的时候，他们才能被删除。

单机安装

zookeeper底层依赖于jdk，需要提前安装java环境

Windows直接下载，bin/zkServer.cmd启动

Linux使用zookeeper-3.4.10.tar.gz，上传并解压，bin/zkServer.sh启动

// 解压zookeeper 
tar -xzvf zookeeper-3.4.10.tar.gz

// 为zookeeper准备配置文件
// 进入conf目录 
cd /home/zookeeper/zookeeper-3.4.10/conf 
// 复制配置文件 
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg 
// zookeeper根目录下新建data目录 
mkdir data 
// vi 修改配置文件中的dataDir 
vi zoo.cfg 
// 此路径用于存储zookeeper中数据的内存快照、及事物日志文件 dataDir=/home/zookeeper/zookeeper-3.4.10/data

// 启动zookeeper
// 进入zookeeper的bin目录 
cd /home/zookeeper/zookeeper-3.4.10/bin 

// 启动zookeeper 
./zkServer.sh start 

//启动：zkServer.sh start 
//停止：zkServer.sh stop 
//查看状态：zkServer.sh status

// 进入Shell命令窗口
./zkCli.sh

常用Shell命令

新增节点

create [-s] [-e] path data #其中-s为有序节点，-e临时节点，默认持久化节点

#创建持久化节点并写入数据：
create /hadoop "123456"
get /hadoop

#创建持久化有序节点，此时创建的节点名为指定节点名 + 自增序号/a0000000000
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -s /a "aaa" 
Created /a0000000000 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -s /b "bbb" 
Created /b0000000001 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /c "ccc" 
Created /c0000000002

get /a0000000000 / get /a

#创建临时节点，临时节点会在会话过期后被删除
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] create -e /tmp "tmp" 
Created /tmp

#创建临时有序节点，临时节点会在会话过期后被删除
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] create -s -e /aa 'aaa' 
Created /aa0000000004 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -s -e /bb 'bbb' 
Created /bb0000000005 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] create -s -e /cc 'ccc' 
Created /cc0000000006

更新节点

#更新节点的命令是 set ，可以直接进行修改，如下：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] set /hadoop "345" 
cZxid = 0x4 
ctime = Thu Dec 12 14:55:53 CST 2019 
mZxid = 0x5 
mtime = Thu Dec 12 15:01:59 CST 2019 
pZxid = 0x4 
cversion = 0 
dataVersion = 1 
aclVersion = 0 
ephemeralOwner = 0x0 
dataLength = 3 
numChildren = 0

#也可以基于版本号进行更改，此时类似于乐观锁机制，当你传入的数据版本号 (dataVersion) 和当前节点的数据版本号不符合时，zookeeper 会拒绝本次修改：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] set /hadoop "3456" 1 
version No is not valid : /hadoop

删除节点

#删除节点的语法如下：
delete path [version]

#和更新节点数据一样，也可以传入版本号，当你传入的数据版本号 (dataVersion) 和当前节点的数据版本号不符合时，zookeeper 不会执行删除操作。
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 36] delete /hadoop 0 
version No is not valid : /hadoop #无效的版本号 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 37] delete /hadoop 1 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 38]

#要想删除某个节点及其所有后代节点，可以使用递归删除，命令为 rmr path

查看节点

get path

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] get /hadoop 
123456 
cZxid = 0x4
ctime = Thu Dec 12 14:55:53 CST 2019
mZxid = 0x4 
mtime = Thu Dec 12 14:55:53 CST 2019 
pZxid = 0x4 
cversion = 0 
dataVersion = 0 
aclVersion = 0 
ephemeralOwner = 0x0 
dataLength = 6 
numChildren = 0

节点各个属性如下表。其中一个重要的概念是 Zxid(ZooKeeper Transaction Id)，ZooKeeper 节点的每一次更改都具有唯一的 Zxid，如果 Zxid1 小于 Zxid2，则Zxid1 的更改发生在 Zxid2 更改之前。

状态属性	说明
cZxid	数据节点创建时的事务 ID
ctime	数据节点创建时的时间
mZxid	数据节点最后一次更新时的事务 ID
mtime	数据节点最后一次更新时的时间
pZxid	数据节点的子节点最后一次被修改时的事务 ID
cversion	子节点的更改次数
dataVersion	节点数据的更改次数
aclVersion	节点的 ACL 的更改次数
ephemeralOwner	如果节点是临时节点，则表示创建该节点的会话的SessionID；如果节点是持久节点，则该属性值为 0
dataLength	数据内容的长度
numChildren	数据节点当前的子节点个数

查看节点状态

#可以使用 stat 命令查看节点状态，它的返回值和 get 命令类似，但不会返回节点数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] stat /hadoop 
cZxid = 0x4 
ctime = Thu Dec 12 14:55:53 CST 2019 
mZxid = 0x4 
mtime = Thu Dec 12 14:55:53 CST 2019 
pZxid = 0x4 
cversion = 0 
dataVersion = 0 
aclVersion = 0 
ephemeralOwner = 0x0 
dataLength = 6 
numChildren = 0

查看节点列表

#查看节点列表有 ls path 和 ls2 path 两个命令，后者是前者的增强，不仅可 以查看指定路径下的所有节点，还可以查看当前节点的信息
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls / 
[cluster, controller_epoch, brokers, storm, zookeeper, admin, ...] 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 / 
[cluster, controller_epoch, brokers, storm, zookeeper, admin, ....] 
cZxid = 0x0 
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970 
mZxid = 0x0 
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970 
pZxid = 0x130 
cversion = 19 
dataVersion = 0 
aclVersion = 0 
ephemeralOwner = 0x0 
dataLength = 0 
numChildren = 11

监听器get path [watch]

#使用 get path [watch] 注册的监听器能够在节点内容发生改变的时候，向客户端发出通知。需要注意的是 zookeeper的触发器是一次性的 (One-time trigger)，即触发一次后就会立即失效。

#客户端1，监听/hadoop
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] get /hadoop watch 
#客户端2修改/hadoop，节点值改变，监听到修改事件
WATCHER:: WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/hadoop

#客户端2
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] set /hadoop 45678 

监听器stat path [watch]

#使用 stat path [watch] 注册的监听器能够在节点状态发生改变的时候，向客户端发出通知
#客户端1，监听/hadoop
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] stat /hadoop watch 
#客户端2修改/hadoop，节点值改变，监听到修改事件
WATCHER:: WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/hadoop #节点值改变

#客户端2
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] set /hadoop 112233 

监听器ls\ls2 path [watch]

#使用 ls path [watch] 或 ls2 path [watch] 注册的监听器能够监听该节点下 所有子节点的增加和删除操作。
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] ls /hadoop 
watch []
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /hadoop/yarn "aaa" 
WATCHER:: WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/hadoop

acl权限控制

zookeeper 类似文件系统，client 可以创建节点、更新节点、删除节点，那么如何做到节点的权限的控制呢？zookeeper的access control list 访问控制列表可以做到这一点。

acl 权限控制，使用scheme：id：permission 来标识，主要涵盖 3 个方面：

• 权限模式（scheme）：授权的策略
• 授权对象（id）：授权的对象
• 权限（permission）：授予的权限

其特性如下：

• zooKeeper的权限控制是基于每个znode节点的，需要对每个节点设置权限
• 每个znode支持设置多种权限控制方案和多个权限
• 子节点不会继承父节点的权限，客户端无权访问某节点，但可能可以访问它的子节点

例如:

setAcl /test2 ip:192.168.60.130:crwda 
// 将节点权限设置为Ip:192.168.60.130的客户端可以对节点进行增、删、改、查、管理权限

权限模式

采用何种方式授权

方案	描述
world	只有一个用户：anyone，代表登录zookeeper所有人（默认）
ip	对客户端使用IP地址认证
auth	使用已添加认证的用户认证
digest	使用“用户名:密码”方式认证，密文

授权对象

给谁授予权限

授权对象ID是指，权限赋予的实体，例如：IP 地址或用户。

授予权限

授予什么权限

create、delete、read、writer、admin也就是 增、删、改、查、管理权限

这5种权限简写为cdrwa，注意：这5种权限中，delete是指对子节点的删除权限，其它4种权限指对自身节点的操作权限

权限	ACL简写	描述
create	c	可以创建子节点
delete	d	可以删除子节点（仅下一级节点）
read	r	可以读取节点数据及显示子节点列表
write	w	可以设置节点数据
admin	a	可以设置节点访问控制列表权限

授权的相关命令

命令	使用方式	描述
getAcl	getAcl	读取ACL权限
setAcl	setAcl	设置ACL权限
addauth	addauth	添加认证用户

案例：

• world授权模式

  #命令
  setAcl <path> world:anyone:<acl>
  
  #例子
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /node1 "node1" 
  Created /node1 
  #查看权限
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] getAcl /node1 
  'world,'anyone    #world方式对所有用户进行授权 
  : cdrwa    #具有增、删、改、查、管理 
  
  #world方式对所有用户进行授权 
  #增、删、改、查、管理 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] setAcl /node1 world:anyone:cdrwa
  cZxid = 0x2 
  ctime = Fri Dec 13 22:25:24 CST 2019 
  mZxid = 0x2 
  mtime = Fri Dec 13 22:25:24 CST 2019 
  pZxid = 0x2 
  cversion = 0 
  dataVersion = 0 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0 
  dataLength = 5 
  numChildren = 0
  

• IP授权模式

  #命令
  setAcl <path> ip:<ip>:<acl>
  
  注意：远程登录zookeeper命令:./zkCli.sh -server ip
  
  #例子
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 18] create /node2 "node2" 
  Created /node2 
  
  #设置权限
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 23] setAcl /node2 ip:192.168.60.129:cdrwa 
  cZxid = 0xe 
  ctime = Fri Dec 13 22:30:29 CST 2019 
  mZxid = 0x10 
  mtime = Fri Dec 13 22:33:36 CST 2019 
  pZxid = 0xe 
  cversion = 0 
  dataVersion = 2 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0 
  dataLength = 20 
  numChildren = 0 
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 25] getAcl /node2 
  'ip,'192.168.60.129 
  :cdrwa 
  
  #使用IP非192.168.60.129 的机器 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] get /node2 
  Authentication is not valid : /node2 #没有权限
  
  #设置多个ip对同一个node的权限
  setAcl /node2 ip:192.168.60.129:cdrwa,ip:192.168.60.130:cdrwa
  

• Auth授权模式

  #命令
  addauth digest <user>:<password> #添加认证用户 
  setAcl <path> auth:<user>:<acl>
  
  #例子
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /node3 "node3" 
  Created /node3 
  
  #添加认证用户 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] addauth digest itcast:123456 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] setAcl /node3 auth:itcast:cdrwa 
  cZxid = 0x15 
  ctime = Fri Dec 13 22:41:04 CST 2019 
  mZxid = 0x15 
  mtime = Fri Dec 13 22:41:04 CST 2019 
  pZxid = 0x15 
  cversion = 0 
  dataVersion = 0 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0 
  dataLength = 5 
  numChildren = 0 
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] getAcl /node3 'digest,'itcast:673OfZhUE8JEFMcu0l64qI8e5ek= 
  : cdrwa 
  
  #添加认证用户后可以访问 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] get /node3 node3
  cZxid = 0x15 
  ctime = Fri Dec 13 22:41:04 CST 2019 
  mZxid = 0x15
  mtime = Fri Dec 13 22:41:04 CST 2019 
  pZxid = 0x15
  cversion = 0 
  dataVersion = 0 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0 
  dataLength = 5
  numChildren = 0
  

• Digest授权模式

  dai j s

  #命令
  setAcl <path> digest:<user>:<password>:<acl>
  
  #这里的密码是经过SHA1及BASE64处理的密文，在SHELL中可以通过以下命令计算：
  echo -n <user>:<password> | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64
  
  #先来计算一个密文
  echo -n itheima:123456 | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64
  qlzQzCLKhBROghkooLvb+Mlwv4A=
  
  #例子
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /node4 "node4" 
  Created /node4 
  
  #使用是上面算好的密文密码添加权限： 
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] setAcl /node4 digest:itheima:qlzQzCLKhBROghkooLvb+Mlwv4A=:cdrwa 
  cZxid = 0x1c 
  ctime = Fri Dec 13 22:52:21 CST 2019 
  mZxid = 0x1c 
  mtime = Fri Dec 13 22:52:21 CST 2019 
  pZxid = 0x1c
  cversion = 0 
  dataVersion = 0 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0 
  dataLength = 5
  numChildren = 0
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] getAcl /node4 'digest,'itheima:qlzQzCLKhBROghkooLvb+Mlwv4A=
  : cdrwa 
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] get /node4 
  Authentication is not valid : /node4 #没有权限 
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] addauth digest itheima:123456 #添加认证用户
  
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /node4
  1  #成功读取数据
  cZxid = 0x1c 
  ctime = Fri Dec 13 22:52:21 CST 2019 
  mZxid = 0x1c 
  mtime = Fri Dec 13 22:52:21 CST 2019 
  pZxid = 0x1c 
  cversion = 0 
  dataVersion = 0 
  aclVersion = 1 
  ephemeralOwner = 0x0
  dataLength = 5
  numChildren = 0
  

• 多种模式授权

  同一个节点可以同时使用多种模式授权

  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] create /node5 "node5" 
  Created /node5 
  
  #添加认证用户
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] addauth digest itcast:123456 
  
  #多种模式授权
  [zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] setAcl /node5 ip:192.168.60.129:cdra,auth:itcast:cdrwa,digest:itheima:qlzQzCLKhBROgh kooLvb+Mlwv4A=:cdrwa
  

acl超级管理员

zookeeper的权限管理模式有一种叫做super，该模式提供一个超管可以方便的访问任何权限的节点

假设这个超管是：super:admin，需要先为超管生成密码的密文

#linux
echo -n super:admin | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64

那么打开zookeeper目录下的/bin/zkServer.sh服务器脚本文件，找到如下一行：

nohup $JAVA "-Dzookeeper.log.dir=${ZOO_LOG_DIR}" "-Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}"

这就是脚本中启动zookeeper的命令，默认只有以上两个配置项，我们需要加一个 超管的配置项

"-Dzookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest=super:xQJmxLMiHGwaqBv st5y6rkB6HQs="

加完如下：

nohup $JAVA "-Dzookeeper.log.dir=${ZOO_LOG_DIR}" "- Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}" "- Dzookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest=super:xQJmxLMiHGwaqBv st5y6rkB6HQs="

/ -cp "$CLASSPATH" $JVMFLAGS $ZOOMAIN "$ZOOCFG" > "$_ZOO_DAEMON_OUT" 2>&1 < /dev/null &

之后启动zookeeper,输入如下命令添加权限

addauth digest super:admin #添加认证用户