Zookeeper基本概念

Zookeeper基本概念

一. Zookeeper概述

Zookeeper是一个分布式协调服务，分布式应用程序可以基于它来实现注入数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master选举和分布式锁等功能。

二. Zookeeper的特性

1. 顺序一致性 对于同一个客户端发出的事务操作，Zookeeper会严格按照顺序执行。
2. 原子性 对于一个事务操作，集群上的所有节点的结果都是一样的，不会存在一部分节点操作成功，而另一部分节点失败的情况。
3. 单一视图 无论客户端访问集群中的哪个节点，所看到的数据模型都是一样的。
4. 可靠性 一旦服务端成功执行了一个事务操作，并完成了对客户端的响应，那么该操作所带来的结果就会被一直保存起来，直到另一个事务修改了该结果。
5. 实时性 严格意义上讲，Zookeeper保证的是最终一致性，即事务操作发起后，Zookeeper能够给保证在一段时间内，客户端一定能从服务器上读取到最新的数据。

三. Zookeeper的设计目标

1. 简单的数据模型 Zookeeper提供了一个类似于Unix文件系统的数据结构，称为ztree，而其中的每个节点称为一个znode。每个znode都可以保存数据，并且维护自己的元数据信息。ztree的结构如下图所示：

与Unix文件系统不同的是，Zookeeper将全量数据都保存在内存中，以实现服务器集群的高吞吐和低延时。

1. 方便构建集群 一个Zookeeper集群通常由一组机器组成，一般3~5台机器就可以构建一个Zookeeper集群。集群模式如下图：

组成集群的每台机器都会在内存中维护当前的服务器状态，并且每两台机器之间都保存互相通信。只要集群中有超过一半的节点正常工作，整个集群就能够正常对外提供服务。 Zookeeper客户端可以选择和集群中的任意一台机器建立TCP连接。如果客户端与该节点的连接异常断开，则客户端会自动重连到其他节点上。

1. 顺序访问 对于客户端的每个更新请求，Zookeeper都会为该请求分配一个全局递增的唯一id，这个id反映了所有事务操作的先后顺序。应用程序可以基于Zookeeper的这一特性，实现更改层次的同步原语。
2. 高性能 由于Zookeeper将所有数据保存在内存中，并直接服务于客户端的所有非事务请求，因此Zookeeper的读性能很高，十分适合用于大量读请求的场景。

四. 集群角色

1. Leader：由集群选举产生，每个集群有且仅有一个Leader，可以为客户端提供读写服务。
2. Follower：提供读服务，并参与集群选举。
3. Observer：仅提供读服务，不参与集群的选举等操作。Observer可以在不影响集群写性能的情况下，提升读性能。

五. 会话(Session)

Session为客户端与Zookeeper服务器建立的一个TCP长连接。在客户端启动，并向服务器建立连接成功后，一个Session的生命周期就开始了。客户端可以通过Session向服务器发送请求并接收响应，同时还可以接收来自服务器的Watch事件通知。客户端通过心跳检测来保持与客户端的有效会话。

六. 数据节点(ZNode)

如前文所述，Zookeeper将全量数据保存在内存中，并以树形结构组织起来。用“/”进行分割的一个路径，就是一个Znode，如/zookeeper/data。每个Znode上都会保存自己的数据内容，同时还会保存一系列属性信息(节点元信息)。

Znode有以下几种类型：

1. 持久节点：除非主动进行移除操作，否则持久节点会一直保存在Zookeeper上。
2. 临时节点：节点的生命周期与客户端会话绑定，一旦客户端会话失效，则该客户端创建的所有临时节点都会被移除。
3. 顺序节点：该类型的节点有一个特殊的属性：Sequential。一旦节点被标记上这个属性，那么该节点在创建时，Zookeeper会自动在其节点名称后面追加一个整形数字，这个数字是由其父节点维护的一个自增id。
4. 非顺序节点：无Sequential标记，也即名称后面不会自动追加数字。

七. 版本(Version)

对于每一个Znode，Zookeeper都会为其维护一个叫做Stat的数据结构，Stat中记录了这个ZNode的三个数据版本：

1. version：当前ZNode的版本
2. cversion：当前ZNode子节点的版本
3. aversion：当前ZNode的ACL版本

八. 事件监听器(Watcher)

Watcher是Zookeeper中一个十分重要的特性。Zookeeper允许用户在指定节点上注册一些Watcher，这样在一些特定事件触发的时候，Zookeeper服务器会将该事件通知给所有感兴趣的客户端。Watcher机制是Zookeeper实现分布式协调服务的重要特性。

九. ACL权限

Zookeeper采用ACL(Access Control Lists)策略来进行权限控制，与Unix文件系统的权限机制类似。Zookeeper定义了以下5种权限：

1. CREATE：创建子节点的权限
2. READ：读取节点数据和子节点列表的权限
3. WRITE：更新节点数据的权限
4. DELETE：删除子节点的权限
5. ADMIN：设置节点ACL的权限

其中尤其要注意的是，CREATE和DELETE都是针对子节点的权限控制。