Zookeeper(1)-安裝與基礎使用

李小龍他哥發表於2022-03-11

Zookeeper

服務端

工作機制

Zookeeper從設計模式角度來理解：是一個基於觀察者模式設計的分散式服務管理框架，它負責儲存和管理大家都關心的資料，然後接受觀察者的註冊，一旦這些資料的狀態發生變化，Zookeeper 就將負責通知已經在Zookeeper上註冊的那些觀察者做出相應的反應。

Zookeeper = 檔案系統 + 通知機制

特點

Zookeeper：一個領導者（Leader），多個跟隨者（Follower）組成的叢集。
叢集中只要有半數以上節點存活，Zookeeper叢集就能正常服務。所以Zookeeper適合安裝奇數臺伺服器。
全域性資料一致：每個Server儲存一份相同的資料副本，Client無論連線到哪個Server，資料都是一致的。
更新請求順序執行，來自同一個Client的更新請求按其傳送順序依次執行。
資料更新原子性，一次資料更新要麼成功，要麼失敗。
實時性，在一定時間範圍內，Client能讀到最新資料。

資料結構

ZooKeeper 資料模型的結構與 Unix 檔案系統很類似，整體上可以看作是一棵樹，每個節點稱做一個 ZNode。每一個 ZNode 預設能夠儲存 1MB 的資料，每個 ZNode 都可以通過其路徑唯一標識。

圖片

應用場景

提供的服務包括：統一命名服務、統一配置管理、統一叢集管理、伺服器節點動態上下線、軟負載均衡等。

統一命名服務

在分散式環境下，經常需要對應用/服務進行統一命名，便於識別。

例如：IP不容易記住，而域名容易記住。

統一配置管理

分散式環境下，配置檔案同步：
1. 一般要求一個叢集中，所有節點的配置資訊是一致的，比如 Kafka 叢集。
2. 對配置檔案修改後，希望能夠快速同步到各個節點上。
配置管理可交由 Zookeeper 實現：
1. 可將配置資訊寫入ZooKeeper上的一個Znode。
2. 各個客戶端伺服器監聽這個Znode。
3. 一旦Znode中的資料被修改，ZooKeeper將通知各個客戶端伺服器。

統一叢集管理

分散式環境中，實時掌握每個節點的狀態是必要的。
1. 可根據節點實時狀態做出一些調整。
ZooKeeper可以實現實時監控節點狀態變化
1. 可將節點資訊寫入ZooKeeper上的一個ZNode。
2. 監聽這個ZNode可獲取它的實時狀態變化。

Zookeeper 安裝

下載ZooKeeper：http://pan.baidu.com/s/1pJlwbR9

解壓：tar -zxvf zookeeper-3.4.5.tar.gz 重新命名：mv zookeeper-3.4.5 zk

Zookeeper 引數詳解

# 通訊心跳時間，Zookeeper伺服器與客戶端心跳時間，單位毫秒
tickTime=2000
# LF初始通訊時限
# Leader 和 Follower 初始連線時能容忍的最多心跳數（tickTime 的數量）
initLimit=10
# LF 同步通訊時限
# Leader 和 Follower 之間通訊時間如果超過 syncLimit * tickTime，leader 認為 Follower 死掉，從伺服器列表中刪除 Follower
syncLimit=5
# 儲存 Zookeeper 中的資料
# 預設存放在 tmp 目錄，容易被 Linux 系統定期刪除，所以一般不用預設的 tmp 目錄
dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData
# 客戶端連線埠，通常不做修改
clientPort=2181

Zookeeper 叢集配置

配置

新增伺服器編號的配置檔案，在配置檔案中 dataDir=/opt/module/zookeeper-3.5.7/zkData 下建立 myid 檔案，在檔案中新增與 server 對應的編號。

修改配置檔案，在 bin/zoo_sample.cfg 後面追加對應主機的配置資訊，每一臺主機對應的配置檔案都要進行修改。

server.2=192.168.3.19:2888:3888
server.3=192.168.3.33:2888:3888
server.4=192.168.3.34:2888:3888

配置檔案詳解

server.A=B:C:D

A：是一個資料，表示這是幾號伺服器，對應每臺伺服器建立的 myid 裡面的數字；Zookeeper 啟動時讀取此檔案，拿到裡面的資料與 zoo.cfg 裡面的配置資訊比較從而判斷到底是哪個 server。

B：對應的伺服器地址；

C：是這個伺服器 Follower 與叢集中的 Leader 伺服器交換資訊的埠；

D：是萬一叢集中的 Leader 伺服器掛了，需要一個埠來重新進行選舉，選出一個新的 Leader，而這個埠就是用來執行選舉時伺服器相互通訊的埠。

執行

分別啟動對應的 Zookeeper，我這邊配置的是三臺Zookeeper伺服器；

啟動第一臺的 Zookeeper 的狀態：

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Error contacting service. It is probably not running.

此時提示 Error contacting service. It is probably not running. 因為現在還只啟動一臺 Zookeeper，不滿足 半數以上 的節點存活，所以現在不能正常提供服務。

後面依次啟動對應的 Zookeeper 服務。

第二臺啟動與對應的狀態

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh start
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: leader

第三臺啟動與對應的狀態

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh start
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower

第一臺伺服器的狀態

[root@localhost zookeeper-3.5.7]# sh ./bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower

到這裡 Zookeeper 叢集的配置與啟動就搞定了。

Zookeeper 的選舉機制

第一次啟動的時候

以我上面的三個 Zookeeper 伺服器叢集為例：

伺服器1啟動，發起一次選舉。伺服器1投自己一票。此時伺服器1票數一票，不夠半數以上（2票），選舉無法完成，伺服器1狀態保持為 LOOKING；
伺服器2啟動，再發起一次選舉。伺服器1和2分別投自己一票並交換選票資訊：此時伺服器1發現伺服器2的myid比自己目前投票推舉的（伺服器1）大，更改選票為推舉伺服器2。此時伺服器1票數0票，伺服器2票數2票，此時伺服器2的票數已經超過半數，伺服器2當選Leader。伺服器1更改狀態為FOLLOWING，伺服器2更改狀態為LEADING；
伺服器3啟動，發起一次選舉。此時伺服器1，2已經不是LOOKING狀態，不會更改選票資訊。交換選票資訊結果：伺服器2為2票，伺服器3為 1票。此時伺服器3服從多數，更改選票資訊為伺服器2，並更改狀態為FOLLOWING；

非第一次啟動的時候

這裡首先還要先講出關於Zookeeper叢集與Client端的一些其他概念：

SID：伺服器ID。用來唯一標識一臺 ZooKeeper叢集中的機器，每臺機器不能重複，和 myid 一致。

ZXID：事務id。ZXID是一個事務ID，用來標識一次伺服器狀態的變更。在某一時刻，叢集中的每臺機器的ZXID值不一定完全一致，這和 ZooKeeper 伺服器對於客戶端 更新請求 的處理邏輯有關。

Epoch：每個Leader任期的代號。沒有Leader時同一輪投票過程中的邏輯時鐘值是相同的。每投完一次票這個資料就會增加。

Zookeeper 會發生選舉的場景

伺服器初始化啟動（上面描述了）
伺服器執行期間無法和 Leader 保持連線

一臺伺服器進入選舉的兩種狀態

叢集中本來就已經存在一個 Leader：

機器試圖去選舉Leader時，會被告知當前伺服器的Leader資訊，對於該機器來說，僅僅需要和Leader機器建立連接，並進行狀態同步即可。
叢集中確實不存在 Leader：

假設ZooKeeper由5臺伺服器組成，SID分別為1、2、3、4、5，ZXID分別為8、8、8、7、7，並且此時SID為3的伺服器是Leader。某一時刻， 3和5伺服器出現故障，因此開始進行Leader選舉。

1（EPOCH，ZXID，SID ） 2（EPOCH，ZXID，SID ） 4（EPOCH，ZXID，SID ）

SID 為 1、2、4 的機器投票情況（1，8，1）（1，8，2）（1，7，4）

選舉規則：
1. EPOCH大的直接勝出；
2. EPOCH相同，事務id大的勝出
3. 事務id相同，伺服器id大的勝出；

	1（EPOCH，ZXID，SID ）	2（EPOCH，ZXID，SID ）	4（EPOCH，ZXID，SID ）
SID 為 1、2、4 的機器投票情況	（1，8，1）	（1，8，2）	（1，7，4）

叢集啟動指令碼

#！/bin/bash

case $1 in
"start"){
	for i in 192.168.3.19 192.168.3.33 192.168.3.34
	do
		echo ----------- zookeeper $i 啟動 -------------
		ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start"
	done
}
;;
"stop"){
	for i in 192.168.3.19 192.168.3.33 192.168.3.34
	do
		echo ----------- zookeeper $i 停止 -------------
		ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh stop"
	done
}
;;
"status"){
	for i in 192.168.3.19 192.168.3.33 192.168.3.34
	do
		echo ----------- zookeeper $i 狀態 -------------
		ssh $i "/opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh status"
	done
}
;;
esac

啟動指令碼是建立在機器之前的無密遠端登入設定好的前提下，如果沒有設定好的話，在執行的過程中需要輸入對應的密碼。

[root@localhost ~]# sh zk.sh start
----------- zookeeper 192.168.3.19 啟動 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED
----------- zookeeper 192.168.3.33 啟動 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED
----------- zookeeper 192.168.3.34 啟動 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED

[root@localhost ~]# sh zk.sh status
----------- zookeeper 192.168.3.19 狀態 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower
----------- zookeeper 192.168.3.33 狀態 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: leader
----------- zookeeper 192.168.3.34 狀態 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower

[root@localhost ~]# sh zk.sh stop
----------- zookeeper 192.168.3.19 停止 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Stopping zookeeper ... STOPPED
----------- zookeeper 192.168.3.33 停止 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Stopping zookeeper ... STOPPED
----------- zookeeper 192.168.3.34 停止 -------------
/usr/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Stopping zookeeper ... STOPPED

客戶端

基本語法

命令基本語法	功能描述
help	顯示所有指令
is path	使用 ls 命令來檢視當前 znode 的子節點【可監聽】 -w 監聽子節點變化 -s 附加次級資訊
create	普通建立 -s 含有序列 -e 臨時（重啟或者超時消失）
get path	獲得節點的值 [可監聽] -w 監聽節點內容變化 -s 附加次級資訊
set	設定節點的具體值
stat	檢視節點的具體值
delete	刪除節點
deleteall	遞迴刪除節點

啟動客戶端

先進入 Zookeeper 的安裝目錄：

bin/zkCli.sh -server 192.168.3.34

znode 節點資料資訊

檢視當前 znode 中所有包含的內容

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 2] ls /
[zookeeper]

檢視當前 znode 中所有包含的詳細內容

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 3] ls -s /
[zookeeper]cZxid = 0x0
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
mZxid = 0x0
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
pZxid = 0x0
cversion = -1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 0
numChildren = 1

引數詳解

czxid：建立節點的事務 zxid

每次修改 ZooKeeper 狀態都會產生一個 ZooKeeper 事務 ID。事務 ID 是 ZooKeeper 中所有修改總的次序。每次修改都有唯一的 zxid，如果 zxid1 小於 zxid2，那麼 zxid1 在 zxid2 之前發生。

ctime：znode 被建立的毫秒數（從 1970 年開始）
mzxid：znode 最後更新的事務 zxid
mtime：znode 最後修改的毫秒數（從 1970 年開始）
pZxid：znode 最後更新的子節點 zxid
cversion：znode 子節點變化號，znode 子節點修改次數
dataversion：znode 資料變化號
aclVersion：znode 訪問控制列表的變化號
ephemeralOwner：如果是臨時節點，這個是 znode 擁有者的 session id。如果不是臨時節點則是 0。
dataLength：znode 的資料長度
numChildren：znode 子節點數量

節點型別（持久/短暫/有序號/無序號）

簡介

持久（Persistent）：客戶端和伺服器端斷開連線後，建立的節點不刪除

短暫（Ephemeral）：客戶端和伺服器端斷開連線後，建立的節點自己刪除

（1）持久化目錄節點：客戶端與Zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在

（2）持久化順序編號目錄節點：客戶端與Zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在，只是Zookeeper給該節點名稱進行順序編號

（3）臨時目錄節點：客戶端與Zookeeper斷開連線後，該節點被刪除

（4）臨時順序編號目錄節點：客戶端與 Zookeeper 斷開連線後，該節點被刪除，只是 Zookeeper給該節點名稱進行順序編號。

說明：建立znode時設定順序標識，znode名稱後會附加一個值，順序號是一個單調遞增的計數器，由父節點維護；

注意：在分散式系統中，順序號可以被用於為所有的事件進行全域性排序，這樣客戶端可以通過順序號推斷事件的順序；

實操

持久節點無序號

建立節點

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 4] create /lol "luoshou"
Created /lol
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 5] ls /
[lol, zookeeper]
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 7] create /lol/noxus "delaiwen"
Created /lol/noxus
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 8] ls /
[lol, zookeeper]
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 9] ls /lol
[noxus]

獲取節點的值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 11] get -s /lol
luoshou
cZxid = 0x500000002
ctime = Thu Mar 10 23:58:31 CST 2022
mZxid = 0x500000002
mtime = Thu Mar 10 23:58:31 CST 2022
pZxid = 0x500000003
cversion = 1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 7
numChildren = 1

持久節點有序號

建立節點

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 1] create -s /lol/demacia "dema"
Created /lol/demacia0000000001
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 5] create -s /lol/demacia "dema"
Created /lol/demacia0000000002

獲取節點的值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 4] ls /lol
[demacia0000000001, noxus]
[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 6] ls /lol
[demacia0000000001, demacia0000000002, noxus]

臨時節點無序號

建立節點

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 1] create -e /lol/zaun "mengduo"
Created /lol/zaun

獲取節點的值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 4] ls /lol
[demacia0000000001, demacia0000000002, noxus, zaun]

臨時節點有序號

建立節點

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 8] create -e -s /lol/zaun "mengduo"
Created /lol/zaun0000000004

獲取節點的值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 11] ls /lol
[demacia0000000001, demacia0000000002, noxus, zaun, zaun0000000004]

退出客戶端後再啟動檢視

重啟後臨時節點已經無了：

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 0] ls /lol
[demacia0000000001, demacia0000000002, noxus]

修改節點中的值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 1] get -s /lol/noxus
delaiwen
cZxid = 0x500000003
ctime = Fri Mar 11 00:00:07 CST 2022
mZxid = 0x500000003
mtime = Fri Mar 11 00:00:07 CST 2022
pZxid = 0x500000003
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 8
numChildren = 0

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 2] set -s /lol/noxus "luoshou"
cZxid = 0x500000003
ctime = Fri Mar 11 00:00:07 CST 2022
mZxid = 0x50000000f
mtime = Fri Mar 11 00:22:40 CST 2022
pZxid = 0x500000003
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 7
numChildren = 0

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 3] get -s /lol/noxus
luoshou
cZxid = 0x500000003
ctime = Fri Mar 11 00:00:07 CST 2022
mZxid = 0x50000000f
mtime = Fri Mar 11 00:22:40 CST 2022
pZxid = 0x500000003
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 7
numChildren = 0

監聽器

簡介

客戶端註冊監聽它關心的目錄節點，當目錄節點發生變化（資料改變、節點刪除、子目錄節點增加刪除）時，ZooKeeper 會通知客戶端。監聽機制保證 ZooKeeper 儲存的任何的數據的任何改變都能快速的響應到監聽了該節點的應用程式。

原理

首先要有一個 main() 執行緒
在 main 執行緒中建立 Zookeeper 客戶端，這時就會建立兩個執行緒，一個負責網路連線通訊(connect)，一個負責監聽(listener)
通過 connect 執行緒將註冊的監聽事件傳送給 Zookeeper。
在 Zookeeper 的註冊監聽器列表中將註冊的監聽事件新增到列表中
Zookeeper 監聽到有資料或路徑變化，就會將這個訊息傳送給 listener 執行緒
listener 執行緒內部呼叫了 process() 方法

常見的監聽

監聽節點資料的變化

get path [watch]
監聽子節點增減的變化

ls path [watch]

實操

節點值變化的監聽

四號機器註冊監聽

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] get -w /lol
luoshou

三號機器修改對應節點的數值

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 4] set /lol "delaiwen"

四號機器觸發監聽

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5]
WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/lol

節點的子節點變化的監聽（路徑變化）

四號機器註冊監聽

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] ls -w /lol
[demacia0000000001, demacia0000000002, noxus]

三號機器修改對應節點，建立新的子節點

[zk: 192.168.3.34(CONNECTED) 5] create /lol/yordles "timo"
Created /lol/yordles

四號機器觸發監聽

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6]
WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/lol

注意：註冊一次，只能監聽一次。想再次監聽，需要再次註冊。

節點刪除

# 刪除單節點
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] delete /lol/yordles
# 刪除有子節點的節點
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] deleteall /lol

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Zookeeper

服務端

工作機制

特點

資料結構

應用場景

統一命名服務

統一配置管理

統一叢集管理

Zookeeper 安裝

Zookeeper 引數詳解

Zookeeper 叢集配置

配置

執行

Zookeeper 的選舉機制

第一次啟動的時候

非第一次啟動的時候

Zookeeper 會發生選舉的場景

一臺伺服器進入選舉的兩種狀態

叢集啟動指令碼

客戶端

基本語法

啟動客戶端

znode 節點資料資訊

檢視當前 znode 中所有包含的內容

檢視當前 znode 中所有包含的詳細內容

引數詳解

節點型別（持久/短暫/有序號/無序號）

簡介

實操

持久節點無序號

建立節點

獲取節點的值

持久節點有序號

建立節點

獲取節點的值

臨時節點無序號

建立節點

獲取節點的值

臨時節點有序號

建立節點

獲取節點的值

退出客戶端後再啟動檢視

修改節點中的值

監聽器

簡介

原理

常見的監聽

實操

節點值變化的監聽

節點的子節點變化的監聽（路徑變化）

節點刪除

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