一文带你了解 Zookeeper 所有核心概念

前言

Zookeeper作为分布式应用的分布式协调服务，提供C语言和Java语言的API调用。其本身，由Java开发，有一些核心概念，我们需要有很明确的认识，才能够更好地使用该服务中间件。本次将从以下几个部分展开：

• Session会话

• Watch

• 数据模型

Session





建立会话的流程、特点如下：

• 一个客户端连接一个会话，由ZK进行分配唯一的会话id

• 客户端以特定的时间间隔发送心跳以保持会话有效性，通过参数tickTime来设定

• 超过会话超时时间未收到客户端心跳，服务端则判定，该客户端失效，已挂掉；minSessionTimeout  会话的最小超时时间，（默认为2倍的tickTime）

maxSessionTimeout 会话的最大超时时间，（默认为20倍的tickTime）

• 会话中的请求按照FIFO顺序执行，类似于队列

数据模型

ZK作为分布式协调服务，同时也是个集中存储服务，数据存储在内容中，具有高性能、低延时特点，依赖于本身的数据模型。

层次名称空间

• 类似unix文件系统，以（/）为根



• 区别：节点可以包含与之关联的数据以及子节点（在文件系统看来，既是文件也是文件夹）

• 节点的路径总是表示为规范的、绝对的、斜杠分隔的路径





如图所示，每个节点，都可以设置对应的值



其中，每个节点，称之为znode。

znode

• 名称唯一，命名规范

• 节点类型：持久、顺序、临时、临时顺序

• 节点数据构成

znode - 命名规范

节点名称除下列限制外，可以使用任何unicode字符

• null字符（\u0000）不能作为路径名的一部分

• 以下字符不能使用，因为不能很友好的显式，\u0001 - \u0019 和\u007F - \u009F

• 不允许使用以下字符：\ud800 - uf8fff,\uFFF0 - \uFFFF

• "."字符可以用作另一个名称的一部分，但是“.” 和 ".." 不能单独用于指示路径上的节点，zookeeper不适用相对路径，都是绝对路径的节点例如：“/a/b/./c” "c/a/b/../" 都是无效的节点命名

• zookeeper有一个保留节点 “zookeeper”



znode-节点类型

节点包含四种节点类型

• 持久节点

create /test1 test



• 临时节点

create -e /test1 /abd abds



• 顺序节点

create -s /test1/abc 908



• 临时顺序节点

create -e -s /test1/abd/ 90



其中，顺序节点，为10位的十进制序号，每个父节点都携带一个计数器，zk是由java开发，计数器是带符号的int（4字节），数值到2147483647，之后将发生溢出，导致名称“<path> -2147483648”





如图所示，完成四种节点类型节点的创建，可以看到顺序节点的十进制序号





同时，临时节点，有效范围在当前会话有效期内，关闭当前会话，重新开一个客户端





图示内，可以看到当前sessionid 0x100002011b80003





再次查看节点，即可发现临时节点 c 、f0000000005 都已经不存在。临时节点在协调服务中应用广泛。



znode-数据构成

节点数据：存储的协调数据（状态信息、配置、位置信息等）

节点元数据（stat结构）

数据量上限：1M

zk为分布式协调服务，非存储型数据库，仅用来用于分布式协调，因此数据量小，保证高性能。

znode-元数据stat结构





在zk客户端，可以使用stat命令，查看节点元数据。包括以下数据：





客户端提供下面命令，可以使用访问控制功能

create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]

setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl

getAcl [-s] path

提供设置格式为 (scheme:expression, perms)

schemes包括

• world 任何客户端都可以访问.

• auth 拥有授权的客户端.

• digest  使用username:base64 encoded SHA1 password digest.

• ip ip:127.0.0.1,read

• x509

perms包括

• CREATE: 可创建子节点

• READ: 可获取节点数据以及子节点列表.

• WRITE: 设置节点数据

• DELETE: 删除子节点

• ADMIN: 设置权限

Zookeeper中的时间

zk采用多种方式，来追踪时间。

• Zxid Zookeeper中的每次更改操作都会对应一个唯一的事务id，称为Zxid，是一个全局有序的时间戳标记。

• Version numbers 版本号，每个节点的更改操作，都会版本号增加

• Ticks 当使用zk集群时，服务端，采用“滴答”tick，来定义事件的时间，如状态上传、会话超时、对等点之间的连接超时等。ticktime仅通过最小会话超时时间间接公开（默认为2倍ticktime）如果客户端请求的设置会话超时，小于服务端设置最小会话超时，服务端会通知客户端会话超时实际超时时间，即会采用服务端的配置时间，且把结果告知客户端。如果客户端设置会话超时，大于服务端配置，则使用客户端设置。

• Real time Zookeeper除了在znode创建和修改时间时将时间戳放入stat结构之外，其他不使用real time或者时钟时间

Watch监听机制

客户端，可以通过在znode上设置watch，实现实时监听znode的变化

• data watch 监听数据变更

• child watch 监听子节点变化





首先，对节点添加watch监听，然后对节点数据更改，所有客户端，会触发watch时间，监听到变化。





addWatch [-m mode] path # optional mode is one of [PERSISTENT, PERSISTENTRECURSIVE] - default is PERSISTENTRECURSIVE



Zookeeper在3.6.0版本后，通过addWatch方法，增加watch可以设置watch监听模式，默认为PERSISTENT_RECURSIVE，持久递归，可以触发多次



Zookeeper特性

1. 顺序一致性：   保证客户端操作是按照顺序生效的

2. 原子性：           更新成功或失败，没有部分结果

3. 单个系统映像：无论连接到哪个集群中服务器，客户端都能看到相同的内容

4. 可靠性：           数据的变更不会丢失，除非被客户端覆盖修改

5. 及时性：           保证系统的客户端当时读取的数据是最新的