Zookeeper 概述

ZooKeeper 是一種分布式協(xié)調服務，用于管理大型主機。在分布式環(huán)境中協(xié)調和管理服務是一個復雜的過程。ZooKeeper 通過其簡單的架構和 API 解決了這個問題。ZooKeeper 允許開發(fā)人員專注于核心應用程序邏輯，而不必擔心應用程序的分布式特性。

ZooKeeper 框架最初是在“Yahoo!"上構建的，用于以簡單而穩(wěn)健的方式訪問他們的應用程序。 后來，Apache ZooKeeper 成為 Hadoop，HBase 和其他分布式框架使用的有組織服務的標準。 例如，Apache HBase 使用 ZooKeeper 跟蹤分布式數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

在進一步深入之前，我們了解關于分布式應用的一兩件事情是很重要的。因此，讓我們開始分布式應用的概述的快速討論。

分布式應用

分布式應用可以在給定時間（同時）在網(wǎng)絡中的多個系統(tǒng)上運行，通過協(xié)調它們以快速有效的方式完成特定任務。通常來說，對于復雜而耗時的任務，非分布式應用（運行在單個系統(tǒng)中）需要幾個小時才能完成，而分布式應用通過使用所有系統(tǒng)涉及的計算能力可以在幾分鐘內完成。

通過將分布式應用配置為在更多系統(tǒng)上運行，可以進一步減少完成任務的時間。分布式應用正在運行的一組系統(tǒng)稱為集群，而在集群中運行的每臺機器被稱為節(jié)點。

分布式應用有兩部分， Server（服務器） 和 Client（客戶端） 應用程序。服務器應用程序實際上是分布式的，并具有通用接口，以便客戶端可以連接到集群中的任何服務器并獲得相同的結果。 客戶端應用程序是與分布式應用進行交互的工具。

ZooKeeper 是一個分布式協(xié)調服務的開源框架。主要用來解決分布式集群中應用系統(tǒng)的一致性的問題，例如怎樣避免同時操作同一數(shù)據(jù)造成臟讀的問題。ZooKeeper 本質上是一個分布式的小文件存儲系統(tǒng)。提供基于類似于文件系統(tǒng)的目錄樹方式的數(shù)據(jù)存儲，并且可以對樹種 的節(jié)點進行有效管理。從而來維護和監(jiān)控你存儲的數(shù)據(jù)的狀態(tài)變化。將通過監(jiān)控這些數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化，從而可以達到基于數(shù)據(jù)的集群管理。諸如：統(tǒng)一命名服務（dubbo）、分布式配置管理（solr的配置集中管理）、分布式消息隊列（sub/pub）、分布式鎖、分布式協(xié)調等功能。

Zookeeper 架構圖

• Leader： ZooKeeper 集群工作的核心 事務請求（寫操作）的唯一調度和處理者，保證集群事務處理的順序性；集群內部各個服務的調度者。 對于 create，setData，delete 等有寫操作的請求，則需要統(tǒng)一轉發(fā)給 leader 處理，leader 需要決定編號、執(zhí)行操作，這個過程稱為一個事務。

• Follower： 處理客戶端非事務（讀操作）請求 轉發(fā)事務請求給 Leader 參與集群 leader 選舉投票2n-1臺可以做集群投票 此外，針對訪問量比較大的 zookeeper 集群，還可以新增觀察者角色

• Observer： 觀察者角色，觀察ZooKeeper集群的最新狀態(tài)變化并將這些狀態(tài)同步過來，其對于非事務請求可以進行獨立處理，對于事務請求，則會轉發(fā)給Leader服務器處理 不會參與任何形式的投票只提供服務，通常用于在不影響集群事務處理能力的前提下提升集群的非事務處理能力 扯淡：說白了就是增加并發(fā)的請求

ZooKeeper當中的主從與主備：

• 主從：主節(jié)點少，從節(jié)點多，主節(jié)點分配任務，從節(jié)點具體執(zhí)行任務

• 主備：主節(jié)點與備份節(jié)點，主要用于解決我們主機節(jié)點掛掉以后，如何選出來一個新的主節(jié)點的問題，保證我們的主節(jié)點不會宕機

• 很多時候，主從與主備沒有太明顯的分界線，很多時候都是一起出現(xiàn)

Zookeeper的特性

1. 全局數(shù)據(jù)的一致：每個 server 保存一份相同的數(shù)據(jù)副本，client 無論鏈接到哪個 server，展示的數(shù)據(jù)都是一致的
2. 可靠性：如果消息被其中一臺服務器接受，那么將被所有的服務器接受
3. 順序性：包括全局有序和偏序兩種：全局有序是指如果在一臺服務器上消息 a 在消息 b 前發(fā)布，則在所有 server 上消息 a 在消息 b 前被發(fā)布，偏序是指如果一個消息 b 在消息 a 后被同一個發(fā)送者發(fā)布，a 必須將排在 b 前面
4. 數(shù)據(jù)更新原子性：一次數(shù)據(jù)更新要么成功，要么失敗，不存在中間狀態(tài)
5. 實時性：ZooKeeper 保證客戶端將在一個時間間隔范圍內獲得服務器的更新信息，或者服務器失效的信息

分布式應用的優(yōu)點

• 可靠性 - 單個或幾個系統(tǒng)的故障不會使整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

• 可擴展性 - 可以在需要時增加性能，通過添加更多機器，在應用程序配置中進行微小的更改，而不會有停機時間。

• 透明性 - 隱藏系統(tǒng)的復雜性，并將其顯示為單個實體/應用程序。

分布式應用的挑戰(zhàn)

• 競爭條件 - 兩個或多個機器嘗試執(zhí)行特定任務，實際上只需在任意給定時間由單個機器完成。例如，共享資源只能在任意給定時間由單個機器修改。

• 死鎖 - 兩個或多個操作等待彼此無限期完成。

• 不一致 - 數(shù)據(jù)的部分失敗。

什么是Apache ZooKeeper？

Apache ZooKeeper是由集群（節(jié)點組）使用的一種服務，用于在自身之間協(xié)調，并通過穩(wěn)健的同步技術維護共享數(shù)據(jù)。ZooKeeper本身是一個分布式應用程序，為寫入分布式應用程序提供服務。

ZooKeeper提供的常見服務如下 :

• 命名服務 - 按名稱標識集群中的節(jié)點。它類似于DNS，但僅對于節(jié)點。

• 配置管理 - 加入節(jié)點的最近的和最新的系統(tǒng)配置信息。

• 集群管理 - 實時地在集群和節(jié)點狀態(tài)中加入/離開節(jié)點。

• 選舉算法 - 選舉一個節(jié)點作為協(xié)調目的的leader。

• 鎖定和同步服務 - 在修改數(shù)據(jù)的同時鎖定數(shù)據(jù)。此機制可幫助你在連接其他分布式應用程序（如Apache HBase）時進行自動故障恢復。

• 高度可靠的數(shù)據(jù)注冊表 - 即使在一個或幾個節(jié)點關閉時也可以獲得數(shù)據(jù)。

分布式應用程序提供了很多好處，但它們也拋出了一些復雜和難以解決的挑戰(zhàn)。ZooKeeper框架提供了一個完整的機制來克服所有的挑戰(zhàn)。競爭條件和死鎖使用故障安全同步方法進行處理。另一個主要缺點是數(shù)據(jù)的不一致性，ZooKeeper使用原子性解析。

ZooKeeper的好處

以下是使用ZooKeeper的好處：

• 簡單的分布式協(xié)調過程

• 同步 - 服務器進程之間的相互排斥和協(xié)作。此過程有助于Apache HBase進行配置管理。

• 有序的消息

• 序列化 - 根據(jù)特定規(guī)則對數(shù)據(jù)進行編碼。確保應用程序運行一致。這種方法可以在MapReduce中用來協(xié)調隊列以執(zhí)行運行的線程。

• 可靠性

• 原子性 - 數(shù)據(jù)轉移完全成功或完全失敗，但沒有事務是部分的。