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深入浅出Zookeeper之一Server启动
大名鼎鼎的Zookeeper是解决分布式问题的神器。小编最近简单阅读了代码,分享一下。有不对之处,还请大家指出。
整篇文章将分多个系列完成,因为涉及点比较多,很难在一片文章内搞定。关于zookeeper的使用场景,大家参考http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/1232。api使用参考官网手http://zookeeper.apache.org/doc/trunk/。这里以最新的zookeeper3.4.5为例。
这个系列的第一篇来说说zookeeper server端的启动,以单机为例,分布式zookeeper将在后续专门分析。
单机版启动类ZooKeeperServerMain
protected void initializeAndRun(String[] args) throws ConfigException, IOException { try { ManagedUtil.registerLog4jMBeans(); } catch (JMException e) { LOG.warn("Unable to register log4j JMX control", e); } //解析配置文件zoo.cfg ServerConfig config = new ServerConfig(); if (args.length == 1) { config.parse(args[0]); } else { config.parse(args); } //启动 runFromConfig(config); }
具体解析:
public void parse(String path) throws ConfigException { QuorumPeerConfig config = new QuorumPeerConfig(); config.parse(path); // let qpconfig parse the file and then pull the stuff we are // interested in readFrom(config); }
启动
public void runFromConfig(ServerConfig config) throws IOException { LOG.info("Starting server"); try { // Note that this thread isn't going to be doing anything else, // so rather than spawning another thread, we will just call // run() in this thread. // create a file logger url from the command line args ZooKeeperServer zkServer = new ZooKeeperServer(); //2个文件,log和data文件 FileTxnSnapLog ftxn = new FileTxnSnapLog(new File(config.dataLogDir), new File(config.dataDir)); zkServer.setTxnLogFactory(ftxn); zkServer.setTickTime(config.tickTime); zkServer.setMinSessionTimeout(config.minSessionTimeout); zkServer.setMaxSessionTimeout(config.maxSessionTimeout); //连接工厂,默认NIOServerCnxnFactory cnxnFactory = ServerCnxnFactory.createFactory(); //初始化主线程,打开selector,并bind端口,打开NIO的ACCEPT通知 cnxnFactory.configure(config.getClientPortAddress(), config.getMaxClientCnxns()); //并生成最新的snapshot文件,启动IO主线程,从snapshot文件和log文件中恢复内存database结构和session结构 cnxnFactory.startup(zkServer); //启动线程等待之前启动的主线程结束 cnxnFactory.join(); if (zkServer.isRunning()) { zkServer.shutdown(); } } catch (InterruptedException e) { // warn, but generally this is ok LOG.warn("Server interrupted", e); } }
具体startup流程:
public void startup(ZooKeeperServer zks) throws IOException, InterruptedException { //启动IO主线程 start(); //从log和snapshot回复database和session,并重新生成一个最新的snapshot文件 zks.startdata(); //启动sessionTracker线程,初始化IO请求的处理链,并启动每个processor线程 zks.startup(); setZooKeeperServer(zks); }
具体恢复过程:
public void startdata() throws IOException, InterruptedException { //check to see if zkDb is not null if (zkDb == null) { //初始化database zkDb = new ZKDatabase(this.txnLogFactory); } if (!zkDb.isInitialized()) { loadData(); } }
DataTree用Map实现,key是节点名称,value是DataNode,DataNode从有parent指向父亲节点,有children指向所有孩子节点
public DataTree() { /* Rather than fight it, let root have an alias */ //'/','/zookeeper','/zookeeper/quota'3个系统节点初始化 nodes.put("", root); nodes.put(rootZookeeper, root); /** add the proc node and quota node */ root.addChild(procChildZookeeper); nodes.put(procZookeeper, procDataNode); procDataNode.addChild(quotaChildZookeeper); nodes.put(quotaZookeeper, quotaDataNode); }
具体恢复数据
public void loadData() throws IOException, InterruptedException { //执行恢复,并返回最新的事务ID setZxid(zkDb.loadDataBase()); // Clean up dead sessions //清理session LinkedList<Long> deadSessions = new LinkedList<Long>(); for (Long session : zkDb.getSessions()) { if (zkDb.getSessionWithTimeOuts().get(session) == null) { deadSessions.add(session); } } zkDb.setDataTreeInit(true); for (long session : deadSessions) { // XXX: Is lastProcessedZxid really the best thing to use? killSession(session, zkDb.getDataTreeLastProcessedZxid()); } //生成最新的snapshot文件 // Make a clean snapshot takeSnapshot(); }
load过程:
public long loadDataBase() throws IOException { //load过程中,发起分布式提议,对于单机版,先不考虑 PlayBackListener listener=new PlayBackListener(){ public void onTxnLoaded(TxnHeader hdr,Record txn){ Request r = new Request(null, 0, hdr.getCxid(),hdr.getType(), null, null); r.txn = txn; r.hdr = hdr; r.zxid = hdr.getZxid(); addCommittedProposal(r); } }; //load数据 long zxid = snapLog.restore(dataTree,sessionsWithTimeouts,listener); initialized = true;
restore过程:
public long restore(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions, PlayBackListener listener) throws IOException { //从FileSnap中恢复 snapLog.deserialize(dt, sessions); FileTxnLog txnLog = new FileTxnLog(dataDir); TxnIterator itr = txnLog.read(dt.lastProcessedZxid+1); long highestZxid = dt.lastProcessedZxid; TxnHeader hdr; //从snapshot中记录的最新的事务开始处理,将log中的事务merge到datatree中 while (true) { // iterator points to // the first valid txn when initialized hdr = itr.getHeader(); if (hdr == null) { //empty logs return dt.lastProcessedZxid; } if (hdr.getZxid() < highestZxid && highestZxid != 0) { LOG.error(highestZxid + "(higestZxid) > " + hdr.getZxid() + "(next log) for type " + hdr.getType()); } else { highestZxid = hdr.getZxid(); } try { processTransaction(hdr,dt,sessions, itr.getTxn()); } catch(KeeperException.NoNodeException e) { throw new IOException("Failed to process transaction type: " + hdr.getType() + " error: " + e.getMessage(), e); } listener.onTxnLoaded(hdr, itr.getTxn()); if (!itr.next()) break; } return highestZxid; }
FileSnap恢复过程:
public long deserialize(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions) throws IOException { // we run through 100 snapshots (not all of them) // if we cannot get it running within 100 snapshots // we should give up //找前100个snapshot文件,降序,最新的文件在最前面 List<File> snapList = findNValidSnapshots(100); if (snapList.size() == 0) { return -1L; } //从最新的文件开始恢复,如果反序列化ok而且checksum也ok,则恢复结束 File snap = null; boolean foundValid = false; for (int i = 0; i < snapList.size(); i++) { snap = snapList.get(i); InputStream snapIS = null; CheckedInputStream crcIn = null; try { LOG.info("Reading snapshot " + snap); snapIS = new BufferedInputStream(new FileInputStream(snap)); crcIn = new CheckedInputStream(snapIS, new Adler32()); InputArchive ia = BinaryInputArchive.getArchive(crcIn); deserialize(dt,sessions, ia); long checkSum = crcIn.getChecksum().getValue(); long val = ia.readLong("val"); if (val != checkSum) { throw new IOException("CRC corruption in snapshot : " + snap); } foundValid = true; break; } catch(IOException e) { LOG.warn("problem reading snap file " + snap, e); } finally { if (snapIS != null) snapIS.close(); if (crcIn != null) crcIn.close(); } } if (!foundValid) { throw new IOException("Not able to find valid snapshots in " + snapDir); } //snapshot文件名就记录着最新的zxid dt.lastProcessedZxid = Util.getZxidFromName(snap.getName(), "snapshot"); return dt.lastProcessedZxid; }
单个事务处理:
public void processTransaction(TxnHeader hdr,DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions, Record txn) throws KeeperException.NoNodeException { ProcessTxnResult rc; switch (hdr.getType()) { //创建session case OpCode.createSession: sessions.put(hdr.getClientId(), ((CreateSessionTxn) txn).getTimeOut()); ...... // give dataTree a chance to sync its lastProcessedZxid rc = dt.processTxn(hdr, txn); break; case OpCode.closeSession: sessions.remove(hdr.getClientId()); if (LOG.isTraceEnabled()) { ZooTrace.logTraceMessage(LOG,ZooTrace.SESSION_TRACE_MASK, "playLog --- close session in log: 0x" + Long.toHexString(hdr.getClientId())); } rc = dt.processTxn(hdr, txn); break; default: rc = dt.processTxn(hdr, txn); } ...... }
DataTree处理单个事务
public ProcessTxnResult processTxn(TxnHeader header, Record txn) { ProcessTxnResult rc = new ProcessTxnResult(); try { rc.clientId = header.getClientId(); rc.cxid = header.getCxid(); rc.zxid = header.getZxid(); rc.type = header.getType(); rc.err = 0; rc.multiResult = null; switch (header.getType()) { case OpCode.create: CreateTxn createTxn = (CreateTxn) txn; rc.path = createTxn.getPath(); createNode( createTxn.getPath(), createTxn.getData(), createTxn.getAcl(), createTxn.getEphemeral() ? header.getClientId() : 0, createTxn.getParentCVersion(), header.getZxid(), header.getTime()); break; case OpCode.delete: DeleteTxn deleteTxn = (DeleteTxn) txn; rc.path = deleteTxn.getPath(); deleteNode(deleteTxn.getPath(), header.getZxid()); break; case OpCode.setData: SetDataTxn setDataTxn = (SetDataTxn) txn; rc.path = setDataTxn.getPath(); rc.stat = setData(setDataTxn.getPath(), setDataTxn .getData(), setDataTxn.getVersion(), header .getZxid(), header.getTime()); break; 》 ...... /* * A snapshot might be in progress while we are modifying the data * tree. If we set lastProcessedZxid prior to making corresponding * change to the tree, then the zxid associated with the snapshot * file will be ahead of its contents. Thus, while restoring from * the snapshot, the restore method will not apply the transaction * for zxid associated with the snapshot file, since the restore * method assumes that transaction to be present in the snapshot. * * To avoid this, we first apply the transaction and then modify * lastProcessedZxid. During restore, we correctly handle the * case where the snapshot contains data ahead of the zxid associated * with the file. */ //处理完事务后,再修改最新Zxid,如果是先修改Zxid再处理事务,修改完Zxid后,正好异步线程flush datatree //此时由于事务并没有被处理,导致snapshot中的zxid比content新,而restore的时候是从最新zxid+1开始恢复的,从而 //导致丢数据 if (rc.zxid > lastProcessedZxid) { lastProcessedZxid = rc.zxid; } ...... return rc; }
以上就完成了server的数据恢复过程,LSM的精华所在。
接下来server启动sessionTracker线程和请求处理链
protected void setupRequestProcessors() { RequestProcessor finalProcessor = new FinalRequestProcessor(this); RequestProcessor syncProcessor = new SyncRequestProcessor(this, finalProcessor); ((SyncRequestProcessor)syncProcessor).start(); firstProcessor = new PrepRequestProcessor(this, syncProcessor); ((PrepRequestProcessor)firstProcessor).start(); }
核心IO线程
public void run() { while (!ss.socket().isClosed()) { try { //select过程 selector.select(1000); Set<SelectionKey> selected; synchronized (this) { selected = selector.selectedKeys(); } ArrayList<SelectionKey> selectedList = new ArrayList<SelectionKey>( selected); //打乱顺序 Collections.shuffle(selectedList); for (SelectionKey k : selectedList) { //新连接进来,accept之 if ((k.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT) != 0) { SocketChannel sc = ((ServerSocketChannel) k .channel()).accept(); InetAddress ia = sc.socket().getInetAddress(); int cnxncount = getClientCnxnCount(ia); //校验同个client连接数是否超过限制 if (maxClientCnxns > 0 && cnxncount >= maxClientCnxns){ LOG.warn("Too many connections from " + ia + " - max is " + maxClientCnxns ); sc.close(); } else { LOG.info("Accepted socket connection from " + sc.socket().getRemoteSocketAddress()); //异步模式 sc.configureBlocking(false); //监听read事件 SelectionKey sk = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); //创建内部连接 NIOServerCnxn cnxn = createConnection(sc, sk); sk.attach(cnxn); //添加到连接表,方便后续统计 addCnxn(cnxn); } } //如果是read和write事件,则处理之 else if ((k.readyOps() & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE)) != 0) { NIOServerCnxn c = (NIOServerCnxn) k.attachment(); c.doIO(k); } else { if (LOG.isDebugEnabled()) { LOG.debug("Unexpected ops in select " + k.readyOps()); } } } //准备下次IO selected.clear(); } catch (RuntimeException e) { LOG.warn("Ignoring unexpected runtime exception", e); } catch (Exception e) { LOG.warn("Ignoring exception", e); } } closeAll(); LOG.info("NIOServerCnxn factory exited run method"); }
具体io处理过程,将在后续结合实例来讲解。
至此server启动完成,就等待client去连接了。server启动核心功能就是从snapshot和log文件中恢复datatree,其核心就是zxid,典型的LSM应用。
评论
2 楼
victory_gwb
2016-02-25
我看的3.4.6版本中takeSnapshot(); 这个方法在SyncRequestProcessor中引用,没有在loadData()中呀
1 楼
迪伦少校
2015-10-26
如此好文竟然没人顶,赞一个!最近也在学习zookeeper,希望多交流!
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