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ZooKeeper 相关概念以及使用小结

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Dubbo 通过注册中心在分布式环境中实现服务的注册与发现,而注册中心通常采用 ZooKeeper,研究注册中心相关源码绕不开 ZooKeeper,所以学习了 ZooKeeper 的基本概念以及相关 API 操作。

ZooKeeper 相关概念

session

客户端与服务端采用 TCP 长连接,服务端在为客户端创建 Session 会分配一个唯一 sessionId。在 Session timeout 时间内,客户端可以向服务端发送请求以及接受 watcher 事件通知。

数据结构

Zookeeper 将所有数据存储在内存中,数据模型是一棵树(Znode Tree),由斜杠(/)的进行分割的路径,就是一个Znode,例如/foo/path1。

null

Znode

Znode 将会保存数据内容以及相关属性信息。在 Znode 中使用 Stat 数据结保存相关属性信息。Stat 属性中有三种版本信息,分别为 version:当前节点版本信息,cversion:当前节点子节点版本,aversion 当前节点的 ACL 版本。每次发生改动,版本数值将会单调递增。

更新,删除 Znode 可以传入版本数值,如果版本数值不对,将会导致删除/更新失败,这个特性类似于 CAS 操作。

Znode 有以下几种类型:

  1. 永久节点

一旦创建,将会一直存在,除非手动删除。dubbo 目录节点为永久节点。

  1. 临时节点

临时节点基于客户端 Session,Session 有效期内将会一直存在,Session 失效,节点将会自动删除。

利用这个机制,Dubbo 服务者创建的节点就是临时节点。如果 Dubbo 服务者程序意外宕机,在 Session 超时之后,也能自动删除服务节点,自动下线有问题的服务。

3 顺序节点

创建顺序节点将会自动在名字后追加整形数字,默认长度为 10 位。顺序节点也分为永久与临时。

利用临时顺序节点,我们可以用来实现分布式锁 七张图彻底讲清楚ZooKeeper分布式锁的实现原理【石杉的架构笔记】

Watcher 机制

客户端可以在指定节点注册监听器(Watcher),在触发特定事件后,ZooKeeper 服务端会将事件通知到客户端。在 Dubbo 中消费者基于 watcher 机制可以动态感知到新的服务者加入。

ZooKeeper 可以在三种请求中设置监听,分别为:

  • getData(),获取节点数据
  • getChildren() 获取子节点
  • exists() 判断节点是否存在

通知事件类型分为,增删改事件,以及子节点变动事件。

需要注意的是,watcher 通知过一次之后将会失效,若想继续监听通知,需要重新注册。

ZooKeeper 原生 API 操作

ZooKeeper 官方提供 Java API 实现,提供相关操作的方法。

创建连接


        ZooKeeper zk=new ZooKeeper("127.0.0.1:2181", 150000, new Watcher() {

            @Override
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {

                System.out.println("已经触发了" + watchedEvent.getType() + "事件"+watchedEvent);

            }

        });
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创建连接需要传入 ZooKeeper 服务端地址,然后设定 session 超时时间,另外还需要创建一个 Watcher,用于监听连接事件。建立连接之后,就可以使用该客户端操作。

CURD 操作


        // 创建永久节点,需要传入 ACL 权限列表,以及指定节点类型
        zk.create("/test","test".getBytes(), ZooDefs.Ids.CREATOR_ALL_ACL,CreateMode.PERSISTENT);

        // 修改节点值。更新节点值需要传入节点的版本,如果版本与服务端版本不一致,更新失败,类似 CAS 机制。-1 代表不比较节点版本
        zk.setData("/test","test1".getBytes(),-1);
        // 删除节点.删除节点也需要传入节点版本
        zk.delete("/test",-1);
        // 创建临时节点
        zk.create("/ephemeral","ephemeral".getBytes(), ZooDefs.Ids.CREATOR_ALL_ACL,CreateMode.EPHEMERAL);

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ZooKeeper 客户端相关 CRUD 操作如上。可以看到相关操作比较繁琐,需要传入参数较多。

watcher

 // 在 exists 注册 watcher,创建节点,删除节点,改变节点将会触发回调

        zk.exists("/test", new Watcher() {

            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println("回调实例,类型为:"+event.getType());
            }
        });
        // 获取节点数据,可以注册 watcher,删除节点以及改变节点数据可以触发回调
        zk.getData("/test", new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println("回调实例,类型为:"+event.getType());
            }
        },new Stat());

        // 获取子节点,注册 watcher,一级子节点变动后将会触发回调
        zk.getChildren("/test", new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println("回调实例,类型为:"+event.getType());
            }
        });
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ZooKeeper API 可以为三种操作注册 watcher,一旦相关节点变动将会触发事件通知。

Curator

从上面代码示例可以看到 ZooKeeper 提供 API 比较复杂且难用。可以使用 Curator 或者 zkclient 这种第三方框架代替原生 API。这类框架封装 ZooKeeper 原生 API,抽象化相关接口,简化操作难度。

dubbo 抽象相关 ZooKeeper 操作,并分别使用 Curator 或者 zkclien 实现。在 dubbo 2.6.1 版本之后将会默认使用 Curator,之前版本默认使用 zkclient 。

下面我们使用 Curator 操作 ZooKeeper 。

建立连接

 // 设置重试策略
 RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
 // 默认 session 超时时间 60 s
 CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("127.0.0.1:2181", retryPolicy);
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Curator 创建连接与原生 API 大致相关,不过需要设置重试策略,第一次连接失败,Curator 可以重新尝试连接,直到超过最大连接次数。

节点 CURD 操作

        // 创建目录节点

        client.create().forPath("/test", "123456789".getBytes());
        // 创建普通节点
        client.create().forPath("/test/normal", "123121".getBytes());
        // 修改普通节点内容
        client.setData().forPath("/test/normal", "1121231231".getBytes());
        // 删除节点
        client.delete().forPath("/test/normal");

        // 创建临时节点
        client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/ephemeral");
        // 创建永久顺序节点
        client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL).forPath("/sequential");
        
       // 获取所有子节点
        List<String> nodes = client.getChildren().forPath("/parent");
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Curator CRUD 操作比较简单,无需设置相关属性参数。

设置监听

Curator 相关监听 API 封装 zookeeper 原生API,内部增加重复注册等功能,从而使监听可以重复使用。

Curator 存在三种类型 API。

  • NodeCache:针对节点增删改操作。
  • PathChildrenCache:针对节点一级目录下节点增删改监听
  • TreeCache:结合 NodeCachePathChildrenCache 操作,不仅可以监听当前节点,还可以监听节点下任意子节点(支持多级)变动。
	//   `NodeCache`使用方式
        NodeCache nodeCache=new NodeCache(client,"/test1",false);
        nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() {
            @Override
            public void nodeChanged() throws Exception {
                System.out.println("当前节点:"+nodeCache.getCurrentData());

            }
        });
        nodeCache.start();

	// PathChildrenCache 使用方式
	 PathChildrenCache pathChildrenCache=new PathChildrenCache(client,"/test2",false);
        pathChildrenCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() {
            @Override
            public void childEvent(CuratorFramework client, PathChildrenCacheEvent event) throws Exception {
                System.out.println(event);
            }
        });
        pathChildrenCache.start(PathChildrenCache.StartMode.BUILD_INITIAL_CACHE);
        System.out.println("注册watcher成功...");      
	// TreeCache 使用方式
        TreeCache treeCache=new TreeCache(client,"/tree");
        treeCache.getListenable().addListener(new TreeCacheListener() {
            @Override
            public void childEvent(CuratorFramework client, TreeCacheEvent event) throws Exception {
                                System.out.println(event);
            }
        });
        treeCache.start();
        System.out.println("注册watcher成功...");
 
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