Zookeeper分佈式過程協同技術 – 概念及基礎
Zookeeper是什麼？
- Zookeeper是一種分佈式過程協同技術，其所提供的客戶端API功能強大，其中包括：
- 保障強一致性。有序性和持久性。
- 實現通用的同步原語的能力。
- 在實際分佈式系統中，併發往往導致不正確的行為。Zookeeper提供了一種簡單的併發處理機制。
關於Zookeeper名字的來源
Zookeeper由雅虎研究院開發，開發團隊原來想使用動物命名項目，在討論時大家覺得分佈式系統就像一個動物園，胡亂且難以管理，而Zookeeper就是將這一切變得可控。遂起名為Zookeeper，意為動物園管理員。
Zookeeper使用場景
- 命名服務
命名服務是指通過路徑名稱來獲取服務的地址。首先zookeeper創建一個全局路徑，服務方在全局路徑下寫入服務的地址（或者名稱），服務消費方在啟動后watch全局路徑的數據和變化。注意，這裏的節點均為臨時節點，在服務連接中斷或者宕機時，通過臨時節點消失能夠通知訂閱方感知變化。
- 配置管理
服務分佈部署在不同的機器上，將全局的配置信息存放於zookeeper的節點下，客戶端通過訂閱節點的數據變化獲取到配置信息。當節點中的配置信息發生變化時，客戶端可以通過watch節點發送的消息感知，從而修改服務本地的配置管理信息。
- 集群管理
當有新機器加入集群時，由新機器的客戶端在指定的目錄下新建臨時節點，服務註冊管理端通過訂閱指定目錄的變化，收到了新增節點的通知后，將新機器加入集群服務的列表。當機器退出集群或者宕機時，臨時節點將會被刪除，同樣可以通知服務註冊管理端，有機器退出了集群。
- 分佈式鎖
zookeeper的分佈式鎖可以分為2種，保持獨佔或者控制時序。
對於保持獨佔來說，可以把一個節點看做是一把鎖，通過創建節點的方式來搶佔鎖資源。如果創建節點成功，客戶端也就持有了這把鎖，如果創建失敗，則訂閱節點的變化，如果收到節點刪除消息，再次嘗試創建節點來搶佔鎖資源。
對於控制時序來說，通過在指定目錄下創建臨時有序節點，編號最小的節點首先持有鎖資源，每個後續節點都訂閱前一個節點。擁有鎖資源的客戶端在操作完畢后，刪除自己創建的節點。後續節點收到前置節點的刪除通知后，即獲取了鎖資源，可以進行業務操作。
Zookeeper基礎
Zookeeper通過節點（znode）來實現原語的功能，並不直接暴露原語。Znode指Zookeeper操作和維護一個小型的數據節點，類似於文件系統的層級樹狀結構進行管理。
圖：Zookeeper數據結構示例
· /作為跟目錄節點，根節點下有/workers和/tasks兩個字節點。
· /workers節點作為父節點，其下的每一個znode子節點用於保存系統中的可用worker，節點中保存着worker子節點的元數據信息。
· /tasks節點作為父節點，其下每個znode子節點用於保存一個代執行的任務，節點中保存着任務的詳細數據。
API概念
ZookeeperAPI提供了以下方法來實現地znode的控制。
create /path data
創建一個名為/path的znode節點，並包含數據data。
delete /path
刪除名為/path的znode。
exists /path
檢查是否存在名為/path的節點。
setData /path data
設置名為/path的znode節點的數據為data。
getData /path
返回名為/path節點的數據信息。
getChildren /path
返回所有/path節點的所有子節點列表。
Znode類型
在新建znode時，需要指定該節點類型，不同的類型決定了znode節點的行為方式，Zookeeper提供了4種不同的znode類型。
持久節點和臨時節點
znode節點可以是持久（persistent）節點，還可以是臨時（ephemeral）節點。持久的znode，如/path，只能通過delete來進行刪除。臨時的znode與之相反，當創建的客戶端崩潰或者關閉了與Zookeeper的連接時，這個節點就會被刪除。
持久znode是一種非常有用的znode，可以通過持久類型znode為應用保存一些數據，即使znode的創建者不再屬於應用系統時，數據也可以保存下來而不丟失。例如，在主-從模式中，需要保存從節點的任務分配情況，即使分配任務的主節點已經崩潰了。
一個臨時znode，在以下兩種情況會被刪除：
- 當創建該znode的客戶端的會話因超時或主動關閉而中止時。
- 當某個客戶端（不一定是創建者）主動刪除該節點時。
注：因為臨時的znode在其創建者的會話過期時被刪除，所以我們現在不允許臨時節點擁有子節點。
有序節點
一個有序znode節點被分配唯一一個單調遞增的整數。當創建有序節點時，一個序號會被追加到路徑之後。例如，客戶端創建一個有序znode節點，其路徑為/tasks/task-,那麼該znode節點為/tasks/task-1。有序znode通過提供了創建具有唯一名稱的znode的簡單方式。同時也通過這種方式可以直觀地查看znode的創建順序。
Znode一共有四種：持久節點、臨時節點、持久有序節點，臨時有序節點。
監視與通知
Zookeeper提供基於通知的機制提供對節點的監視能力。客戶端向Zookeeper註冊需要接收通知的znode，通過對znode的設置監視點（watch）來接收通知。監視點是一個單次觸發的操作，每次設置只會觸發一次。為了接收多個通知，客戶端必須在每次通知後設置新的監視點。在設置新監視點前客戶端會先讀取znode中的數據，所以不同擔心會錯過狀態的變化。
Zookeeper可以定義不同類型的通知，如監控znode的數據變化、監控znode子節點的變化、監控znode的創建或刪除。
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