2021-03-30 09:34:56

Zookeeper入门教程(四):走进 Zookeeper 内部


Zookeeper入门教程(四):走进 Zookeeper 内部

在 Zookeeper 入门教程前三篇已经基本可以使用 Zookeeper 了,本文就带大家进一步走进 Zookeeper,大致了解一下 Zookeeper 是如何运行的。

Zookeeper 两种节点类型

  1. 短暂(ephemeral):客户端和服务器端断开连接后,创建的节点自己删除

  2. 持久(persistent):客户端和服务器端断开连接后,创建的节点不删除

四种形式的目录节点(默认是persistent )

  1. 持久化目录节点(PERSISTENT):客户端与zookeeper断开连接后,该节点依旧存在

  2. 持久化顺序编号目录节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL):客户端与zookeeper断开连接后,该节点依旧存在,只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号

  3. 临时目录节点(EPHEMERAL):客户端与zookeeper断开连接后,该节点被删除

  4. 临时顺序编号目录节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL):客户端与zookeeper断开连接后,该节点被删除,只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号

说一下这个”顺序编号目录节点“,在分布式系统中,顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序,这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序。

ZooKeeper的stat结构

ZooKeeper命名空间中的每个znode都有一个与之关联的stat结构,类似于Unix/Linux文件系统中文件的stat结构。 znode的stat结构中的字段显示如下,各自的含义如下:

  • cZxid:这是导致创建znode更改的事务ID。

  • mZxid:这是最后修改znode更改的事务ID。

  • pZxid:这是用于添加或删除子节点的znode更改的事务ID。

  • ctime:表示从1970-01-01T00:00:00Z开始以毫秒为单位的znode创建时间。

  • mtime:表示从1970-01-01T00:00:00Z开始以毫秒为单位的znode最近修改时间。

  • dataVersion:表示对该znode的数据所做的更改次数。

  • cversion:这表示对此znode的子节点进行的更改次数。

  • aclVersion:表示对此znode的ACL进行更改的次数。

  • ephemeralOwner:如果znode是ephemeral类型节点,则这是znode所有者的 session ID。 如果znode不是ephemeral节点,则该字段设置为零。

  • dataLength:这是znode数据字段的长度。

  • numChildren:这表示znode的子节点的数量。

ZooKeeper的监听器

在前面的章节,我们已经体验了 ZooKeeper 的监听器,是不是很强大,我们看看它内部原理是什么。在 new ZooKeeper 的里面调用了org.apache.zookeeper.ZooKeeper#ZooKeeper(java.lang.String, int, org.apache.zookeeper.Watcher, boolean, org.apache.zookeeper.client.HostProvider, org.apache.zookeeper.client.ZKClientConfig)构造方法,它里又有下面的语句:

cnxn = createConnection(
    connectStringParser.getChrootPath(),
    hostProvider,
    sessionTimeout,
    this,
    watchManager,
    getClientCnxnSocket(),
    canBeReadOnly);
cnxn.start();

所以我们再看看 ClientCnxn 是咋回事,在 new ClientCnxn 的时候调用了这个构造方法:org.apache.zookeeper.ClientCnxn#ClientCnxn(java.lang.String, org.apache.zookeeper.client.HostProvider, int, org.apache.zookeeper.ZooKeeper, org.apache.zookeeper.ClientWatchManager, org.apache.zookeeper.ClientCnxnSocket, long, byte[], boolean),里面有这几句代码:

sendThread = new SendThread(clientCnxnSocket);
eventThread = new EventThread();

在 org.apache.zookeeper.ClientCnxn#start 中:

sendThread.start();
eventThread.start();

SendThread,EventThread 继承自 org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperThread,ZooKeeperThread 有继承自 java.lang.Thread,也就是说它搞出来了两个子线程,一个负责接收一个负责发送。

也就是说当我们注册监听的时候 ZooKeeper 的节点里有个观察者列表,我们就会加进这个列表,当数据发生变化的时候,ZooKeeper 就会通知 EventThread 这个线程,EventThread 再调用回调函数通知我们的程序。

Zab协议

Zab协议 的全称是 Zookeeper Atomic Broadcast (Zookeeper原子广播)。

Zookeeper 是通过 Zab 协议来保证分布式事务的最终一致性。由于是入门教程,我们只简单的说一下,不深入讨论,大家网上一搜一大堆专家。进一步提升可以看下 Paxos 算法,Zab 参考了很多 Paxos,但不完全是哈,Zab 改造了 Paxos。

其实一句话概括Zab协议,就干俩事儿,选举Leader(崩溃恢复模式)、干活儿(消息广播模式)。

Leader选举(崩溃恢复模式)

集群刚刚启动或者 Leader 崩溃了没有 Leader,就会选举 Leader,每个节点会先投自己一票,然后进入looking状态进行观察,看看别人都投给了谁,如果大家都投的是自己那就比较谁牛逼,谁牛逼呢?为了保证分布式系统的时间有序性,因此给每一个事件都分配了一个Zxid,谁拥有最新的Zxid数据版本谁就最牛逼,如果两个人都有最新的Zxid数据版本,那就比编号,谁的大谁牛逼,如果已经有半数的投票结果选出了 Leader,那么后面启动的节点就不会再比较了,直接跟随 Leader 就行了。所以集群要设置成奇数,这样投票才有结果,防止一半一半的尴尬情况。

干活儿(消息广播模式)

当一个客户端 request 请求进入集群以后,这个接收额节点如果不是 Leader,就会把这个请求交给 Leader,Leader 将 request 转化成一个 Proposal(提议)广播给各个节点,每个节点自己有个待写队列 FIFO,然后各个节点根据自身的数据对比事件的 Zxid,比如某个节点记录的 Zxid 是 10,请求写的事件 Zxid 是 9,那我就不同意写入,如果请求是 11 那么就同意写入,这样投票以后返回给 Leader,如果 Leader 若收到半数以上 ACK 反馈为同意写入,那么 Leader 广播给各个节点 commit 提交写入成功。

如果大家都同意写入,只有某个节点不同意写入,那么说明这个节点的数据出问题了,它会自己自杀重新跟 Leader 同步数据,也就保证了集群数据的一致性。

超大规模集群的设想

咱们几台机器投票会很快,但假如集群数量非常庞大达到几万几十万的时候,也去投票吗?很显然不现实,这样写入的效率就太低了,大家光投票就把网络IO资源占完了,所以引入了 观察者 Observer。

观察者 Observer 如同他的名字,只是一个观察者,对leader和follower的工作进行观察监听。方便动态扩展zookeeper集群,而又不影响集群的性能,接收客户端连接,执行leader更新系统状态的命令,不影响集群的性能是因为观察者节点不参与投票,即使是观察者节点宕机了,对集群的运行状态没有影响。



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