Apache顶级项目介绍系列3 - ZooKeeper

今天介绍Apache著名顶级项目ZooKeeper，简称zk。如封面所示，管理zoo的凶猛野兽可不是简单之事。之所以先介绍zk是因为其影响力之大，范围之广，在后续的顶级项目中但凡设计分布式几乎都与其关联，所以还是及早铺垫为妙。

官网介绍，zk是一个分布式的，开源的分布式应用程序协调服务，为分布式应用提供了一致性服务，核心功能包括：配置维护，命名服务，分布式同步，组服务等。前半句比较绕口，大意为，zk本身设计，架构也是分布式的，同时它的核心功能也是为分布式应用提供服务的。呵呵，这年代，技术标榜中不提及分布式都不敢出来混。

另外，其实zk是Google的项目Chubby的开源实现，这里抛几个引子，google可谓是dt时代身后大师，很多知名的项目包括hadoop，hbase以及zk都是根据google的几篇论文而来，zk是来自“The Chubby lock service for loosely-coupled distributed system”。说的直白一点，google本身在大型分布式领域经过了多年技术沉淀，早早领先于业界，首先用google本身都是采用闭源商业开发，所以只好抛几篇paper出来，然而仅仅这2，3片paper就对整个世界都起了大变化，业界的大师以及各it公司如获至宝，茅塞顿开，包括facebook以及中国的阿里与腾讯，纷纷实现Google的开源软件，以至于后来的发展已经超出了google的预计，甚至倒逼Google后来的一些开源，如Go, Kubernetes等，也不知是google成就了dt还是双赢。向Google致敬，带着浓浓的硅谷底蕴，算一家伟大的技术公司！国内的巨头，目前还在霸道，土豪的成长中，带着浓浓的商业气息。

zk目前stable版本是3.4，系统数据模型如下：

 

可以看出分布式的设计，其核心数据模型理念类似文件目录结构(通过/分割)，其中每一个节点zk中称之为znodes，每个节点都可以用根path来决定，总体提供一个分布式环境共享的hierarchal命名空间，这样分布式服务process就可以通过这个命名空间协调。另外，与文件目录的差异，这个数据模型是动态kept in-memory，目的是提供高并发，低延迟。注意，最近的业界，流行提到孪生术语“高并发，低延迟”。zk自己的分布式体现在它的架构设计。

zk的分布式结构，znodes之间通过in-memory，以及也支持持久化transaction logs，snapshots, 同时显然支持replicated。

zk客户端通过tcp链接一个zk服务器，zk客户端通过持续发送request，获得response，监控events，以及发送heart beats，即心跳脉冲，如果连接断掉，会重新自动连接新的server。不用担心，zk客户端通常会被封装在其它高端产品中。

 

继续回到上边的znodes，这个是其核心之一。zonde可以保存状态信息，配置信息，location信息等。所以每个znode大小很小，几个字节－几k而已。znodes维护了structure的状态信息，版本，acl变化。每次znode数据变化会自动加版本，zk客户端同样可以收到版本信息。znode有一个重要的概念ephemeral nodes，中文意思是指一些短暂生命周期的节点。ephemeral nodes非常有用，它的生命周期是当session创建时激活，session结束了就删除。

另一个zk的功力是watches，zk客户可以监控znodes，一个watch event将被激活当有任何的znode变化，进而zk客户端可以做进一步处理，比如发现某些server不可用，zk客户端可以负载均衡等。

zk的API也清晰简单，create，delete，exists，get，sync等，与普通数据库活着文件系统类似。

zk的replication如下图所示

 

值得注意的是，zk的replicaitn数据库是in-memory包含整个data tree。 zk的读请求会从local replica服务数据库获取，zk的write请求会通过agreement protocol：所有的write请求会转发到single server，zk术语叫leader，其它的zk server术语叫followers，哪里都有领导啊？哈哈。消息层负责重新选举leader，以及同步leader到followers。

zk性能统计：

 

 

放心，性能不好官网也不敢上图了。此统计图来自Yahoo! 注意，啰嗦一下，yahoo后面的！是yahoo的一部分哦。

好了，来点干货，run一下吧，当然要分布式run了，先来3个server吧。Running Replicated ZooKeeper, 单机模式很简单，replicated模式是生产环境必备模式。zk中一个replicated group叫做quorum，replicated模式下，所有的quorum服务器都复制相同配置文件。

 

别忘了建一个data目录，创建一个myid文件，里面标示server数字如1.

run run run zk

创建一个node吧，run一些命令

 

可以故意删除一些server，如删除server2，然后继续连接，测试zk的分布式集群。不高兴弄了。大家可以自己玩。

再上一个watch的java用例，来自官网。

 

 

好了，先抛转头到这里吧，有兴趣的可以继续深入研究。如zk的分布式锁，以fast paxos为基础的变种ZAB协议，以及leader选举算法。

 

总结一下，zk目前已经俨然成为分布式集群管理的必不可少的一个模块，包括hadoop，hbase等用它来管理namenode， hbase里的master election，server状态同步。

 

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