Zookeeper 概述

什么是Zookeeper?
  Zookeeper是一个开源的分布式的，为其他分布式监控提供协调服务的Apache项目。
 
 

Zookeeper 的特点

Zookeeper 有哪些特点？

• Zookeeper是由一个Leader，和多个Follower组成的集群。

• Zookeeper集群中只有半数以上的节点存活，Zookeeper集群才能正常提供服务。

• Zookeeper集群全局数据统一，每个Zookeeper Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接哪一台Server，数据都是一致的。

• 由于有事务的存在，每次写操作都有事务id(zxid)，所以数据更新具有原子性，要么成功，要么失败。
   
   

Zookeeper 的应用场景

1、提供记录IP地址的域名服务。
  如我们可以将www.baidu.com作为父节点，下面的子节点为真实的IP地址，便于标识。

2、统一配置管理。
  可将配置信息写入Zookeeper的一个ZNode中，然后各个客户端服务器监听这个ZNode,一旦这个ZNode中的数据发生变化，Zookeeper将通知各个客户端服务器。
3、统一集群管理。Zookeeper可以实现监控集群中各节点的状态变化。
  可将集群节点的信息写入Zookeeper的一个ZNode中，然后监听这个ZNode可获得它的实时状态变化。

4、服务器动态上下线。客户端能实时洞察服务器上下线的变化。

5、软负载均衡。
  让Zookeeper记录每台服务器的访问数，让访问最好的服务器去处理最小的客户端请求。

 
 

Zookeeper的数据结构

  Zookeeper的数据结构与文件系统很类似，属于树形结构。
整体可以看做是一颗树，每个节点称为一个ZNode，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识，如/znode1/leaf1，就可以找到根目录/下的/znode1下的leaf1。每个ZNode能存储的数据量非常小，大约能够存储1MB的数据，只能用来存储一些简单的配置信息，不能存储海量数据。

ZNode数据类型

  ZNode包括四种不同的类型，分别是 持久的、持久有序的、短暂的、短暂有序的。其中持久和短暂是指
1）持久：客户端与服务器断开连接之后，创建的节点不删除。
2）短暂：客户端与服务器断开连接之后，创建的节点被删除。
3）有序：创建有序的ZNode时，ZNode的名称后会附加一个顺序号，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护。

ZNode里面存储的信息

  ZNode里面包含了存储的数据（data）、访问权限（acl）、子节点引用（child）和节点状态信息（stat）。
其中
访问权限acl是指记录客户端对ZNode节点的访问权限。
子节点引用child是指当前节点的子节点引用。
节点状态信息stat包含Znode节点的状态信息，比如事务id，版本号，时间戳等。

 
 

Zookeeper的选举机制（重要）

关于Zookeeper的选举机制，我们先要记住它的半数以上选举机制，而且我们还需要看看是第一次启动还是非第一次启动。

Zookeeper第一次启动选举机制

假设我们的Zookeeper集群有4个节点。而刚开始我们的Zookeeper服务都是关闭的。
（1）节点1启动，会发起一次选举。节点1会投自己一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，节点1状态保持为LOOKING状态；
（2）节点2启动，再次发起一次选举。节点1和节点2分别投自己一票然后交换选品信息，此时节点1发现节点2的myid比自己大，所以更改选票为节点2，不够半数以上（3票），选举无法完成，节点1和节点2状态保持为LOOKING状态；
（3）节点3启动，发起一次选举。过程和节点2发起选票一样，最后更改选票为节点3.此次投票结果：节点1和节点2为0票，节点3为3票，由于半数以上选举机制，节点3当选Leader，并更改状态为LEADING，节点1和节点2Follower，并且更改状态为FOLLOWING。
（4）节点4启动，发起一次选票。此时此时节点1/2/3已经半数LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：节点3为3票，节点4为1票，此时节点4更改选票为节点3，并更改状态为FOLLOWING。
 

Zookeeper非第一次启动选举机制

当其中一台机器由于网络分区故障无法与集群和Leader保持连接时，该节点进入选举状态，但是由于半数以上选举机制，该节点无法成为Leader，只能不断与其他节点进行连接，在连接成功之后，集群可能会出现两种情况：
1、集群中本来就存在Leader。对于这种情况，该节点会被当中当前集群的Leader信息，对于该节点来说，只要与Leader重新进行连接并更新状态即可。
2、集群中确实不存在Leader。
这个情况下，我们需要了解几个核心参数：
（1）SID：服务器ID,服务器ID和配置中的myid一致。
（2）ZXID：事务ID，该ID和服务器对于客户端更新请求有关。
（3）Epoch：每个Leader任期的代号，没有Leader时这个在各节点中是相同的，每次投完一次票这个数据就会增加。
假设Zookeeper集群由4个节点组成，SID为1/2/3/4，ZXID为8887，此时节点3为Leader。某时刻，节点4和Leader都挂掉了。

那么只剩下节点1和节点2，他们的（Epoch,ZXID,SID）分别为（1,8，1）和（1,7，2）
非第一次启动并Leader不存在的Leader选举机制为：
（1）Epoch大的胜出
（2）Epoch相同，ZXID大的胜出
（3）ZXID相同，SID大的胜出
综上，节点1当选Leader。

 
 

Zookeeper 底层如何按照请求的先后顺序来处理的

Leader收到请求之后，会给每个请求分配一个全局唯一的递增的ZXID，如何把请求放入一个FIFO队列里面，之后就按照FIFO的策略发送给所有的Follower。