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什么是ZooKeeper?

前言

只有光头才能变强。

文本已收录至我的GitHub仓库,欢迎Star:github.com/ZhongFuChen…

上次写了一篇 什么是消息队列?以后,本来想入门一下Kafka的(装一下环境、看看Kafka一些概念啥的)。后来发现Kafka用到了ZooKeeper,而我又对ZooKeeper不了解,所以想先来学学什么是ZooKeeper,再去看看什么是Kafka。

ZooKeeper相信大家已经听过这个词了,不知道大家对他了解多少呢?我第一次听到ZooKeeper的时候是在学Eureka的时候(外行人都能看懂的SpringCloud,错过了血亏!),同样ZooKeeper也可以作为注册中心

后面听到ZooKeeper的时候,是因为ZooKeeper可以作为分布式锁的一种实现。

直至在了解Kafka的时候,发现Kafka也需要依赖ZooKeeper。Kafka使用ZooKeeper管理自己的元数据配置

这篇文章来写写我学习ZooKeeper的笔记,如果有错的地方希望大家可以在评论区指出。

一、什么是ZooKeeper

从上面我们也可以发现,好像哪都有ZooKeeper的身影,那什么是ZooKeeper呢?我们先去官网看看介绍:

官网对ZooKeeper的介绍

官网还有另一段话:

ZooKeeper: A Distributed Coordination Service for Distributed Applications

相比于官网的介绍,我其实更喜欢Wiki中对ZooKeeper的介绍:

wiki介绍ZooKeeper

(留下不懂英语的泪水)

我简单概括一下:

  • ZooKeeper主要服务于分布式系统,可以用ZooKeeper来做:统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。
  • 使用分布式系统就无法避免对节点管理的问题(需要实时感知节点的状态、对节点进行统一管理等等),而由于这些问题处理起来可能相对麻烦和提高了系统的复杂性,ZooKeeper作为一个能够通用解决这些问题的中间件就应运而生了。

二、为什么ZooKeeper能干这么多?

从上面我们可以知道,可以用ZooKeeper来做:统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。

  • 这里我们不管统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理每个具体的含义(后面会讲)

那为什么ZooKeeper可以干那么多事?来看看ZooKeeper究竟是何方神物,在Wiki中其实也有提到:

ZooKeeper nodes store their data in a hierarchical name space, much like a file system or a tree data structure

ZooKeeper的数据结构,跟Unix文件系统非常类似,可以看做是一颗,每个节点叫做ZNode。每一个节点可以通过路径来标识,结构图如下:

ZooKeeper结构图

那ZooKeeper这颗"树"有什么特点呢??ZooKeeper的节点我们称之为Znode,Znode分为两种类型:

  • 短暂/临时(Ephemeral):当客户端和服务端断开连接后,所创建的Znode(节点)会自动删除
  • 持久(Persistent):当客户端和服务端断开连接后,所创建的Znode(节点)不会删除

ZooKeeper和Redis一样,也是C/S结构(分成客户端和服务端)

Znode和Znode的类型

2.1 监听器

在上面我们已经简单知道了ZooKeeper的数据结构了,ZooKeeper还配合了监听器才能够做那么多事的。

常见的监听场景有以下两项:

  • 监听Znode节点的数据变化
  • 监听子节点的增减变化

监听Znode节点的数据有无变化

监听子节点的增减变化

没错,通过监听+Znode节点(持久/短暂[临时]),ZooKeeper就可以玩出这么多花样了。

三、ZooKeeper是怎么做到的?

下面我们来看看用ZooKeeper怎么来做:统一配置管理、统一命名服务、分布式锁、集群管理。

3.1 统一配置管理

比如我们现在有三个系统A、B、C,他们有三份配置,分别是ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml,然后,这三份配置又非常类似,很多的配置项几乎都一样。

  • 此时,如果我们要改变其中一份配置项的信息,很可能其他两份都要改。并且,改变了配置项的信息很可能就要重启系统

于是,我们希望把ASystem.yml、BSystem.yml、CSystem.yml相同的配置项抽取出来成一份公用的配置common.yml,并且即便common.yml改了,也不需要系统A、B、C重启。

系统A、B、C都使用着这份配置

做法:我们可以将common.yml这份配置放在ZooKeeper的Znode节点中,系统A、B、C监听着这个Znode节点有无变更,如果变更了,及时响应。

系统A、B、C监听着ZooKeeper的节点,一旦common.yml内容有变化,及时响应

参考资料:

3.2 统一命名服务

统一命名服务的理解其实跟域名一样,是我们为这某一部分的资源给它取一个名字,别人通过这个名字就可以拿到对应的资源。

比如说,现在我有一个域名www.java3y.com,但我这个域名下有多台机器:

  • 192.168.1.1
  • 192.168.1.2
  • 192.168.1.3
  • 192.168.1.4

别人访问www.java3y.com即可访问到我的机器,而不是通过IP去访问。

通过名称去访问旗下的IP

3.3 分布式锁

锁的概念在这我就不说了,如果对锁概念还不太了解的同学,可参考下面的文章

我们可以使用ZooKeeper来实现分布式锁,那是怎么做的呢??下面来看看:

系统A、B、C都去访问/locks节点

系统A、B、C都去访问locks节点

访问的时候会创建带顺序号的临时/短暂(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)节点,比如,系统A创建了id_000000节点,系统B创建了id_000002节点,系统C创建了id_000001节点。

创建出临时带顺序号的节点

接着,拿到/locks节点下的所有子节点(id_000000,id_000001,id_000002),判断自己创建的是不是最小的那个节点

  • 如果是,则拿到锁。
    • 释放锁:执行完操作后,把创建的节点给删掉
  • 如果不是,则监听比自己要小1的节点变化

举个例子:

  • 系统A拿到/locks节点下的所有子节点,经过比较,发现自己(id_000000),是所有子节点最小的。所以得到锁

  • 系统B拿到/locks节点下的所有子节点,经过比较,发现自己(id_000002),不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id_000001的状态

  • 系统C拿到/locks节点下的所有子节点,经过比较,发现自己(id_000001),不是所有子节点最小的。所以监听比自己小1的节点id_000000的状态

  • …...

  • 等到系统A执行完操作以后,将自己创建的节点删除(id_000000)。通过监听,系统C发现id_000000节点已经删除了,发现自己已经是最小的节点了,于是顺利拿到锁

  • ….系统B如上

3.4集群状态

经过上面几个例子,我相信大家也很容易想到ZooKeeper是怎么"感知"节点的动态新增或者删除的了。

还是以我们三个系统A、B、C为例,在ZooKeeper中创建临时节点即可:

各维护一个临时节点

只要系统A挂了,那/groupMember/A这个节点就会删除,通过监听groupMember下的子节点,系统B和C就能够感知到系统A已经挂了。(新增也是同理)

除了能够感知节点的上下线变化,ZooKeeper还可以实现动态选举Master的功能。(如果集群是主从架构模式下)

原理也很简单,如果想要实现动态选举Master的功能,Znode节点的类型是带顺序号的临时节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)就好了。

  • Zookeeper会每次选举最小编号的作为Master,如果Master挂了,自然对应的Znode节点就会删除。然后让新的最小编号作为Master,这样就可以实现动态选举的功能了。

最后

这篇文章主要讲解了ZooKeeper的入门相关的知识,ZooKeeper通过Znode的节点类型+监听机制就实现那么多好用的功能了!

当然了,ZooKeeper要考虑的事没那么简单的,后面有机会深入的话,我还会继续分享,希望这篇文章对大家有所帮助~

参考资料:

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