Zookeeper 基础

在深入研究 ZooKeeper 的工作原理之前，让我们先了解一下 ZooKeeper 的基本概念。本章将讨论以下主题：

ZooKeeper 架构

请查看下图。它描述了 ZooKeeper 的“客户端-服务器架构”。

下表解释了 ZooKeeper 架构中每个组件。

组成部分	描述
客户端	客户端是分布式应用程序集群中的一个节点，它从服务器访问信息。在特定时间间隔内，每个客户端都会向服务器发送消息，以告知服务器客户端处于活动状态。同样，服务器在客户端连接时会发送确认消息。如果从连接的服务器没有收到响应，客户端会自动将消息重定向到另一个服务器。
服务器	服务器是 ZooKeeper 集群中的一个节点，它为客户端提供所有服务。向客户端发送确认消息以告知服务器处于活动状态。
集群 (Ensemble)	ZooKeeper 服务器组。形成集群所需的最小节点数为 3。
Leader (领导者)	服务器节点，如果任何连接的节点发生故障，它会执行自动恢复。领导者在服务启动时被选举产生。
Follower (跟随者)	遵循领导者指令的服务器节点。

下图描述了用于内存表示的 ZooKeeper 文件系统的树结构。ZooKeeper 节点称为 **znode**。每个 znode 都由名称标识，并通过路径序列 (/) 分隔。

在上图中，首先有一个根 **znode**，用“/”分隔。在根目录下，有两个逻辑命名空间 **config** 和 **workers**。
**config** 命名空间用于集中式配置管理，而 **workers** 命名空间用于命名。
在 **config** 命名空间下，每个 znode 可以存储最多 1MB 的数据。这类似于 UNIX 文件系统，只是父 znode 也能存储数据。这种结构的主要目的是存储同步数据并描述 znode 的元数据。这种结构称为 **ZooKeeper 数据模型**。

ZooKeeper 数据模型中的每个 znode 都维护一个 **stat** 结构。stat 简单地提供 znode 的 **元数据**。它包含 *版本号、访问控制列表 (ACL)、时间戳和数据长度*。

**版本号** – 每个 znode 都有一个版本号，这意味着每次与 znode 关联的数据发生更改时，其对应的版本号也会增加。当多个 ZooKeeper 客户端尝试对同一 znode 执行操作时，版本号的使用非常重要。
**访问控制列表 (ACL)** – ACL 基本上是访问 znode 的身份验证机制。它控制所有 znode 的读写操作。
**时间戳** – 时间戳表示从 znode 创建和修改开始经过的时间。通常以毫秒表示。ZooKeeper 通过“事务 ID”（zxid）识别对 znode 的每次更改。**Zxid** 是唯一的，并为每个事务维护时间，以便您可以轻松识别从一个请求到另一个请求经过的时间。
**数据长度** – 存储在 znode 中的数据总量就是数据长度。您可以存储最多 1MB 的数据。

Znode 分为持久性、顺序性和临时性三种。

**持久性 znode** – 即使创建该特定 znode 的客户端断开连接后，持久性 znode 也仍然存在。默认情况下，所有 znode 都是持久性的，除非另有指定。
**临时性 znode** – 临时性 znode 在客户端处于活动状态时有效。当客户端与 ZooKeeper 集群断开连接时，临时性 znode 会自动删除。因此，临时性 znode 不允许有子节点。如果临时性 znode 被删除，则下一个合适的节点将填充其位置。临时性 znode 在 Leader 选举中起着重要作用。
**顺序性 znode** – 顺序性 znode 可以是持久性的或临时性的。当创建一个新的顺序性 znode 时，ZooKeeper 会通过在其原始名称后面附加一个 10 位序列号来设置 znode 的路径。例如，如果将路径为 **`/myapp`** 的 znode 创建为顺序性 znode，ZooKeeper 将路径更改为 **`/myapp0000000001`** 并将下一个序列号设置为 0000000002。如果同时创建两个顺序性 znode，则 ZooKeeper 绝不会对每个 znode 使用相同的编号。顺序性 znode 在锁和同步中起着重要作用。

会话对于 ZooKeeper 的操作非常重要。会话中的请求以 FIFO 顺序执行。客户端连接到服务器后，将建立会话并为客户端分配一个 **会话 ID**。

客户端在特定时间间隔内发送 **心跳** 以保持会话有效。如果 ZooKeeper 集群在服务启动时指定的时间段（会话超时）内没有收到客户端的心跳，它会判断客户端已死亡。

会话超时通常以毫秒表示。无论出于何种原因，当会话结束时，在此会话期间创建的临时性 znode 也将被删除。

Watcher (观察器) 是一种简单的机制，客户端可以使用它来获取有关 ZooKeeper 集群更改的通知。客户端在读取特定 znode 时可以设置 Watcher。对于任何 znode（客户端在其上注册）的更改，Watcher 都会向注册的客户端发送通知。

Znode 更改是指与 znode 关联的数据的修改或 znode 子节点的更改。Watcher 只触发一次。如果客户端想要再次收到通知，则必须通过另一个读取操作来完成。当连接会话过期时，客户端将与服务器断开连接，并且关联的 Watcher 也将被删除。

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