Zookeeper的初步介入 应用场景

从设计模式的方向看：Zookeeper是基于观察者模式设计的分布式服务管理框架。

下面是基于前辈们的一些理解与总结：

 

ZooKeeper介绍

ZooKeeper是Hadoop的正式子项目，它是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统，提供的功能包括：配置维护、名字服务、分布式同步、组服务等。ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

Zookeeper是Google的Chubby一个开源的实现.是高有效和可靠的协同工作系统.Zookeeper能够用来leader选举,配置信息维护等.在一个分布式的环境中,我们需要一个Master实例或存储一些配置信息,确保文件写入的一致性等.

 

在Zookeeper中,znode是一个跟Unix文件系统路径相似的节点,可以往这个节点存储或获取数据.如果在创建znode时Flag设置 为EPHEMERAL,那么当这个创建这个znode的节点和Zookeeper失去连接后,这个znode将不再存在在Zookeeper 里.Zookeeper使用Watcher察觉事件信息,当客户端接收到事件信息,比如连接超时,节点数据改变,子节点改变,可以调用相应的行为来处理数 据.Zookeeper的Wiki页面展示了如何使用Zookeeper来处理事件通知,队列,优先队列,锁,共享锁,可撤销的共享锁,两阶段提交.

那么Zookeeper能帮我们作什么事情呢?简单的例子:假设我们我们有个20个搜索引擎的服务器(每个负责总索引中的一部分的搜索任务)和一个 总服务器(负责向这20个搜索引擎的服务器发出搜索请求并合并结果集),一个备用的总服务器(负责当总服务器宕机时替换总服务器),一个web的 cgi(向总服务器发出搜索请求).搜索引擎的服务器中的15个服务器现在提供搜索服务,5个服务器正在生成索引.这20个搜索引擎的服务器经常要让正在 提供搜索服务的服务器停止提供服务开始生成索引,或生成索引的服务器已经把索引生成完成可以搜索提供服务了.使用Zookeeper可以保证总服务器自动 感知有多少提供搜索引擎的服务器并向这些服务器发出搜索请求,备用的总服务器宕机时自动启用备用的总服务器,web的cgi能够自动地获知总服务器的网络 地址变化.这些又如何做到呢?

1.     提供搜索引擎的服务器都在Zookeeper中创建znode,zk.create("/search/nodes/node1",
"hostname".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateFlags.EPHEMERAL);

2.   总服务器可以从Zookeeper中获取一个znode的子节点的列表,zk.getChildren("/search/nodes", true);

3.    总服务器遍历这些子节点,并获取子节点的数据生成提供搜索引擎的服务器列表.

4.  当总服务器接收到子节点改变的事件信息,重新返回第二步.

5.   总服务器在Zookeeper中创建节点,zk.create("/search/master", "hostname".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateFlags.EPHEMERAL);

6.  备用的总服务器监控Zookeeper中的"/search/master"节点.当这个znode的节点数据改变时,把自己启动变成总服务器,并把自己的网络地址数据放进这个节点.

7.   web的cgi从Zookeeper中"/search/master"节点获取总服务器的网络地址数据并向其发送搜索请求.

8.    web的cgi监控Zookeeper中的"/search/master"节点,当这个znode的节点数据改变时,从这个节点获取总服务器的网络地址数据,并改变当前的总服务器的网络地址.

 

ZooKeeper典型使用场景一览

ZooKeeper是一个高可用的分布式数据管理与系统协调框架。基于对Paxos算法的实现，使该框架保证了分布式环境中数据的强一致性，也正是基于这样的特性，使得zookeeper能够应用于很多场景。网上对zk的使用场景也有不少介绍，本文将结合作者身边的项目例子，系统的对zk的使用场景进行归类介绍。 值得注意的是，zk并不是生来就为这些场景设计，都是后来众多开发者根据框架的特性，摸索出来的典型使用方法。因此，也非常欢迎你分享你在ZK使用上的奇技淫巧。

场景类别	典型场景描述（ZK特性，使用方法）	应用中的具体使用
数据发布与订阅	发布与订阅即所谓的配置管理，顾名思义就是将数据发布到zk节点上，供订阅者动态获取数据，实现配置信息的集中式管理和动态更新。例如全局的配置信息，地址列表等就非常适合使用。	1. 索引信息和集群中机器节点状态存放在zk的一些指定节点，供各个客户端订阅使用。2. 系统日志（经过处理后的）存储，这些日志通常2-3天后被清除。 3. 应用中用到的一些配置信息集中管理，在应用启动的时候主动来获取一次，并且在节点上注册一个Watcher，以后每次配置有更新，实时通知到应用，获取最新配置信息。 4. 业务逻辑中需要用到的一些全局变量，比如一些消息中间件的消息队列通常有个offset，这个offset存放在zk上，这样集群中每个发送者都能知道当前的发送进度。 5. 系统中有些信息需要动态获取，并且还会存在人工手动去修改这个信息。以前通常是暴露出接口，例如JMX接口，有了zk后，只要将这些信息存放到zk节点上即可。
Name Service	这个主要是作为分布式命名服务，通过调用zk的create node api，能够很容易创建一个全局唯一的path，这个path就可以作为一个名称。
分布通知/协调	ZooKeeper中特有watcher注册与异步通知机制，能够很好的实现分布式环境下不同系统之间的通知与协调，实现对数据变更的实时处理。使用方法通常是不同系统都对ZK上同一个znode进行注册，监听znode的变化（包括znode本身内容及子节点的），其中一个系统update了znode，那么另一个系统能够收到通知，并作出相应处理。	1. 另一种心跳检测机制：检测系统和被检测系统之间并不直接关联起来，而是通过zk上某个节点关联，大大减少系统耦合。2. 另一种系统调度模式：某系统有控制台和推送系统两部分组成，控制台的职责是控制推送系统进行相应的推送工作。管理人员在控制台作的一些操作，实际上是修改了ZK上某些节点的状态，而zk就把这些变化通知给他们注册Watcher的客户端，即推送系统，于是，作出相应的推送任务。 3. 另一种工作汇报模式：一些类似于任务分发系统，子任务启动后，到zk来注册一个临时节点，并且定时将自己的进度进行汇报（将进度写回这个临时节点），这样任务管理者就能够实时知道任务进度。 总之，使用zookeeper来进行分布式通知和协调能够大大降低系统之间的耦合。
分布式锁	分布式锁，这个主要得益于ZooKeeper为我们保证了数据的强一致性，即用户只要完全相信每时每刻，zk集群中任意节点（一个zk server）上的相同znode的数据是一定是相同的。锁服务可以分为两类，一个是保持独占，另一个是控制时序。 所谓保持独占，就是所有试图来获取这个锁的客户端，最终只有一个可以成功获得这把锁。通常的做法是把zk上的一个znode看作是一把锁，通过create znode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock 节点，最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。 控制时序，就是所有视图来获取这个锁的客户端，最终都是会被安排执行，只是有个全局时序了。做法和上面基本类似，只是这里 /distribute_lock 已经预先存在，客户端在它下面创建临时有序节点（这个可以通过节点的属性控制：CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL来指定）。Zk的父节点（/distribute_lock）维持一份sequence,保证子节点创建的时序性，从而也形成了每个客户端的全局时序。
集群管理	1. 集群机器监控：这通常用于那种对集群中机器状态，机器在线率有较高要求的场景，能够快速对集群中机器变化作出响应。这样的场景中，往往有一个监控系统，实时检测集群机器是否存活。过去的做法通常是：监控系统通过某种手段（比如ping）定时检测每个机器，或者每个机器自己定时向监控系统汇报“我还活着”。 这种做法可行，但是存在两个比较明显的问题：1. 集群中机器有变动的时候，牵连修改的东西比较多。2. 有一定的延时。 利用ZooKeeper有两个特性，就可以实时另一种集群机器存活性监控系统：a. 客户端在节点 x 上注册一个Watcher，那么如果 x 的子节点变化了，会通知该客户端。b. 创建EPHEMERAL类型的节点，一旦客户端和服务器的会话结束或过期，那么该节点就会消失。 例如，监控系统在 /clusterServers 节点上注册一个Watcher，以后每动态加机器，那么就往 /clusterServers 下创建一个 EPHEMERAL类型的节点：/clusterServers/{hostname}. 这样，监控系统就能够实时知道机器的增减情况，至于后续处理就是监控系统的业务了。 2. Master选举则是zookeeper中最为经典的使用场景了。 在分布式环境中，相同的业务应用分布在不同的机器上，有些业务逻辑（例如一些耗时的计算，网络I/O处理），往往只需要让整个集群中的某一台机器进行执行，其余机器可以共享这个结果，这样可以大大减少重复劳动，提高性能，于是这个master选举便是这种场景下的碰到的主要问题。 利用ZooKeeper的强一致性，能够保证在分布式高并发情况下节点创建的全局唯一性，即：同时有多个客户端请求创建 /currentMaster 节点，最终一定只有一个客户端请求能够创建成功。 利用这个特性，就能很轻易的在分布式环境中进行集群选取了。 另外，这种场景演化一下，就是动态Master选举。这就要用到 EPHEMERAL_SEQUENTIAL类型节点的特性了。 上文中提到，所有客户端创建请求，最终只有一个能够创建成功。在这里稍微变化下，就是允许所有请求都能够创建成功，但是得有个创建顺序，于是所有的请求最终在ZK上创建结果的一种可能情况是这样： /currentMaster/{sessionId}-1 , /currentMaster/{sessionId}-2 , /currentMaster/{sessionId}-3 ….. 每次选取序列号最小的那个机器作为Master，如果这个机器挂了，由于他创建的节点会马上小时，那么之后最小的那个机器就是Master了。	1. 在搜索系统中，如果集群中每个机器都生成一份全量索引，不仅耗时，而且不能保证彼此之间索引数据一致。因此让集群中的Master来进行全量索引的生成，然后同步到集群中其它机器。2. 另外，Master选举的容灾措施是，可以随时进行手动指定master，就是说应用在zk在无法获取master信息时，可以通过比如http方式，向一个地方获取master。
分布式队列	队列方面，我目前感觉有两种，一种是常规的先进先出队列，另一种是要等到队列成员聚齐之后的才统一按序执行。对于第二种先进先出队列，和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致，这里不再赘述。 第二种队列其实是在FIFO队列的基础上作了一个增强。通常可以在 /queue 这个znode下预先建立一个/queue/num 节点，并且赋值为n（或者直接给/queue赋值n），表示队列大小，之后每次有队列成员加入后，就判断下是否已经到达队列大小，决定是否可以开始执行了。这种用法的典型场景是，分布式环境中，一个大任务Task A，需要在很多子任务完成（或条件就绪）情况下才能进行。这个时候，凡是其中一个子任务完成（就绪），那么就去 /taskList 下建立自己的临时时序节点（CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL），当 /taskList 发现自己下面的子节点满足指定个数，就可以进行下一步按序进行处理了。

 

原文地址：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/

http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/1232