Zookeeper詳解（一）：分布式與Zookeeper-創(chuàng)新互聯(lián)

分布式

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在分布式框架中，分布式應(yīng)用面臨的大的問題就是數(shù)據(jù)一致性。那么Zookeeper就是一個(gè)比較好的解決方案。在分布式框架中起到協(xié)調(diào)作用。

什么是Zookeeper

zookeeper是高性能的分布式協(xié)作服務(wù)和分布式數(shù)據(jù)一致性解決方案，由雅虎創(chuàng)建，是Goole Chubby的開源實(shí)現(xiàn)，所以你就自然明白Zookeeper和Chubby的關(guān)系了。Chubby是一個(gè)分布式鎖服務(wù)，GFS和Big Table都是用它來解決分布式協(xié)作的一些問題，其底層一致性實(shí)現(xiàn)就是以Paxos算法為基礎(chǔ)的。

zookeeper可以保證分布式一致性特性，包括順序一致性、原子性、單一視圖（無論客戶端連接哪一個(gè)ZK服務(wù)器看到的都是一樣的數(shù)據(jù)模型）、可靠性、實(shí)時(shí)性（在一定時(shí)間內(nèi)客戶端可以讀取到最新數(shù)據(jù)狀態(tài)而不是提交后所有服務(wù)器馬上就全部更新。）

zookeeper的數(shù)據(jù)模型是一個(gè)樹形節(jié)點(diǎn)，服務(wù)啟動(dòng)后，所有數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中這樣來提高服務(wù)器吞吐并減少延遲。

Zookeeper的基本概念

集群角色：

  • Leader：ZK集群的核心角色，通過選舉產(chǎn)生，為客戶端提供讀寫服務(wù)，也就是處理事務(wù)請求

  • Follower：集群狀態(tài)的跟隨者，參加選舉，沒有被選上就是這個(gè)角色，提供讀取服務(wù)，也就是處理非事務(wù)請求，對于收到的事務(wù)請求會轉(zhuǎn)發(fā)給Leader服務(wù)器

  • Observer：觀察者角色，不參加選舉，但是提供數(shù)據(jù)讀取服務(wù)，提供讀取服務(wù)，也就是處理非事務(wù)請求，對于收到的事務(wù)請求會轉(zhuǎn)發(fā)給Leader服務(wù)器

會話：

客戶端和ZK的連接，客戶端與ZK連接一個(gè)TCP的長連接來維持會話，通過這個(gè)連接可以檢測心跳與服務(wù)器保存會話，也可以發(fā)送請求并接受服務(wù)器響應(yīng)，也可以接受WATCH事件。

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn)有兩類

  • 集群中的一臺機(jī)器就叫做一個(gè)節(jié)點(diǎn)

  • 還有就是樹形數(shù)據(jù)單元中的Znode也叫一個(gè)節(jié)點(diǎn)，有持久節(jié)點(diǎn)和臨時(shí)節(jié)點(diǎn)

版本：

ZK的版本和我們常規(guī)理解的版本不太一樣，它是記錄節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)或者節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)的類別或者ACL的修改次數(shù)。有一個(gè)叫做STAT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這里面就記錄了下面的版本信息。

  • version：當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的版本號

  • cversion：當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)的版本號

  • aversion：當(dāng)前數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)ACL變更版本號

可以利用這個(gè)版本實(shí)現(xiàn)分布式的鎖服務(wù)

悲觀鎖：悲觀并發(fā)鎖，也叫做排他鎖，避免不同事務(wù)對對同一數(shù)據(jù)并發(fā)更新操作數(shù)據(jù)不一致

樂觀鎖：認(rèn)為不同事務(wù)訪問相同數(shù)據(jù)很少出現(xiàn)相互干擾的情況，所以不需要做嚴(yán)格的并發(fā)控制，但是它也是鎖。比如對每個(gè)數(shù)據(jù)庫表增加一個(gè)版本號，修改數(shù)據(jù)之前讀取數(shù)據(jù)自然也會把版本號讀取出來，更新的時(shí)候就使用這個(gè)版本號，如果版本號為1，更新的時(shí)候就使用1，如果更新失敗則表示其他事物已經(jīng)對數(shù)據(jù)做了修改，這時(shí)候就需要其他后續(xù)處理。

watcher：

ZK允許用戶在節(jié)點(diǎn)上注冊watcher，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，ZK會把這個(gè)變化通知發(fā)送給客戶端。

ACL權(quán)限控制：

可以對節(jié)點(diǎn)設(shè)置權(quán)限控制

  • CREATE：創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)的讀權(quán)限

  • READ：獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和子節(jié)點(diǎn)列表的權(quán)限

  • WRITE：更新節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的權(quán)限

  • DELET：刪除子節(jié)點(diǎn)的權(quán)限

  • ADMIN：設(shè)置節(jié)點(diǎn)ACL的權(quán)限

ZAB協(xié)議

zookeeper是基于PAXOS算法，但是它自己也有一套核心算法就是ZAB，原子消息廣播協(xié)議。這個(gè)協(xié)議是為Zookeeper單獨(dú)設(shè)計(jì)的，是崩潰可恢復(fù)的的原子消息廣播算法。

Zookeeper使用一個(gè)單一的主進(jìn)程來接收并處理客戶端所有請求，將服務(wù)器的狀態(tài)以事務(wù)的形式廣播到所有副本進(jìn)程中。

ZAB協(xié)議包括兩種基本模式，崩潰恢復(fù)和消息廣播。

集群啟動(dòng)過程中，Leader斷開、崩潰退出或重啟等異常情況，ZAB會進(jìn)入恢復(fù)模式并選舉新的Leader，當(dāng)產(chǎn)生了新的Leader后并集群中過半腐惡去完成了與Leader的狀態(tài)同步（數(shù)據(jù)同步），那么ZAB協(xié)議退出恢復(fù)模式，進(jìn)入消息廣播模式。

如果在當(dāng)前集群中新加入一臺服務(wù)器，那么這臺新服務(wù)器會自動(dòng)進(jìn)入恢復(fù)模式，待完成與集群Leader的同步之后就進(jìn)入消息廣播模式。

Leader服務(wù)器收到客戶端的事務(wù)請求會生成一個(gè)事務(wù)提案并發(fā)起廣播；如果非Leader服務(wù)器收到客戶端請求后它會把請求轉(zhuǎn)發(fā)給Leader服務(wù)器。

消息廣播：

在廣播事務(wù)之前Leader服務(wù)器會先給這個(gè)事務(wù)分配一個(gè)全局單調(diào)遞增的唯一ID，也就是事務(wù)ID（ZXID），每一個(gè)事務(wù)必須按照ZXID的先后順序進(jìn)行處理。而且Leader服務(wù)器會為每一個(gè)Follower分配一個(gè)單獨(dú)的隊(duì)列，然后將需要廣播的事務(wù)放到隊(duì)列中。每個(gè)Follower服務(wù)器再接收到這個(gè)事務(wù)之后，都會將其以事務(wù)日志的形式寫入到本地磁盤中，成功寫入后反饋給Leader一個(gè)ACK，當(dāng)Leader收到半數(shù)ACK響應(yīng)之后，就會廣播一個(gè)Commit消息給所有Follower，通知它們進(jìn)行提交，同時(shí)Leader也會完成自身的提交。

崩潰恢復(fù)：

其目的就是保證盡快選舉出一個(gè)新的Leader并通知給其他Follower，同時(shí)保證整個(gè)集群中的數(shù)據(jù)狀態(tài)是一致的。

ZAB協(xié)議丟棄那些只有在Leader服務(wù)器被提出的事務(wù)。

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文章題目：Zookeeper詳解（一）：分布式與Zookeeper-創(chuàng)新互聯(lián)
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