Zookeeper学习笔记_zk如何保证cp

1）Zookeeper是什么

zookeeper，它是一个分布式服务框架，是大数据中的重要组件，它是一个具有高吞吐量的分布式协调系统，它的主要作用是为分布式系统提供协调服务，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

Dubbo官方推荐使用zookeeoer作为注册中心，注册中心负责服务地址的注册和查找，相当于目录服务。

什么是注册中心？举个简单的例子 ，就像字典目录 ，你要查个字， 找到目录， 然后找到对应的页， 然后字就找到了。

zk也是一个意思，把你要注册的服务给到zk ，然后这台服务就注册到zk上了， 当我们想通过zk找到一个服务的时候，zk把我们的请求指向这个对应的服务端上，你的请求就完美的过去了。

3）Zookeeper的3大特点：

Zookeeper至少具有以下特点：

1）可以用作分布式锁，可以用于集群管理，统一管理配置信息，负载均衡。

2）高可用性。一个Zookeeper服务通常由多台服务器节点构成，只要其中超过一半的节点存活，Zookeeper即可正常对外提供服务，所以Zookeeper具有高可用的特性。

3）高吞吐量特性，Zookeeper具有高吞吐量的特性，故而有很好的性能表现。

4）CAP原则：（面试）

CAP.
    - CAP指的是：数据一致性（Consistency）、服务可用性（Availability）、分区容错性（Partition tolerance）。
    
    - CAP原则指的是：在一个分布式系统中，这三个要素最多只能同时实现两点，不可能三者兼顾。
    
    - 分布式系统中,必须要容忍网络的卡顿和延迟,所以分布式系统必须有个P（即，分区容错性）.
    
    -  zookeeper保证的是CP, 即：数据一致性，分区容错性.
       eureka保证的是ap，即：服务可用性，分区容错性.

5）zookeeper保证CP，不保证A：

1）zookeeper保证的是CP:

zookeeper保证的是C，数据一致性；即，任何时刻对ZooKeeper的访问请求能得到一致的数据结果，

同时分布式系统中,一定可能会有网络的卡顿和延迟，即，P，分区容错性；

2）zookeeper不保证A,服务可用性；

zookeeper不能保证每次服务请求的可用性; 比如：在一些极端环境下，ZooKeeper可能会丢弃一些请求，消费者程序需要重新请求才能获得结果。所以说，ZooKeeper不能保证服务可用性。

再比如，zookeeper在进行leader选举时，整个zookeeper集群都是不可用的。

当master主节点出现故障时，剩余的从节点们会重新进行leader选举。问题在于，选举leader的时间太长，30 ~ 120s, 而选举期间整个zookeeper集群都是不可用的，这就导致在选举期间，注册服务直接瘫痪；

所以说，ZooKeeper不能保证服务可用性。

注意，这里的服务可用性和zookeeper的高可用性是两码事；

6）Zookeeper的高吞吐量特性 ：

Zookeeper具有高吞吐特性的主要原因有以下几点:

1. Zookeeper集群的任意一个服务端节点都可以直接响应读请求(写请求会不一样些)，并且可以通过增加服务器节点进行横向扩展。这是其吞吐量高的主要原因。

2. Zookeeper将全部数据存储于内存中，从内存中读取数据，不需要进行磁盘IO，所以速度非常快。

3. Zookeeper的写请求，或者说事务请求，因为要进行不同服务器节点之间状态的同步，所以在一定程度上会影响其吞吐量。故而简单的增加Zookeeper的服务器节点数量,并不一定能够提升Zookeeper的吞吐量。服务器节点增加，有利于提升读请求的吞吐量，但会延长节点间数据同步的时间。

7）Zookeeper的架构：

Zookeeper非常类似于一个文件系统，它的每个节点都叫数据节点（znode），znode节点上可以存储数据，也可以再产生多个子节点。
​
Zookeeper的节点不能称为目录或者文件，要叫做znode节点，既可以存储数据又可以产生子节点。

 

8）znode节点的4种类型 :（面试）

znode分为四种节点

1、持久节点.

持久节点，是最常见的Znode类节点，一旦创建将一直存在于Zookeeper中，即便服务器断开连接、zookeeper重启等，持久节点还是存在着的。除非通过删除操作进行删除，否则会永久的保存在zookeeper中。

2、持久有序节点.

只要客户端(即其他的服务模块)存储数据，会永久的保存在zookeeper中，并且会在zookeeper中生成一个唯一并且有序的节点，先进来的节点值较小。

3、临时节点.

当客户端断开连接后，会自动删除节点信息。

4、临时有序节点.

只要客户端(即其他的服务模块)存储数据，会生成一个唯一并且有序的节点，先进来的节点值较小。

当客户端断开连接后，自动删除该节点。

9）Zookeeper的监控机制.

可以有多个客户端(即其他的服务模块)监听zookeeper的某一个znode节点.

每当被监听的节点，发生了增删改等操作之后，zookeeper就会通知给监听当前节点的所有客户端。

10）Zookeeper的（节点的）工作流程.

1、leader节点.(领导)

leader节点管理着整个zookeeper集群中的全部节点，leader节点主要负责写操作、和数据同步操作。

leader节点的写操作：

在Zookeeper中，只有leader节点可以进行写操作；

为了保证数据的同步，当leader节点进行写操作时，会对外广播（我这边变动了数据，你们那边也同步一下），当从节点们接收到广播后，会开始持久化新的数据到本地（此时还没有commit）;

从节点持久化完成后，会给leader一个反馈; 当超过半数以上的从节点持久化完成后，leader节点会再次广播，通知从节点们开始commit。

最后，从节点都同步数据完毕，leader才算完成了一次写操作。

所以Zookeeper有一个特点：如果有超过半数的从节点持久化数据失败，那么此次写操作也宣布失败，所有的持久化的从节点全部回滚。

2、follower.(追随者)

follower指的是追随leader的从节点，主要负责读操作。

follower从节点当接收到写操作的请求后，会第一时间将这个写操作请求呈交给leader主节点处理。

当leader主节点突然挂掉时，follower从节点们会发起投票选举，选举出新的leader。

3、observer. (观察者)

• observer观察者节点 和 follower从节点 几乎一样，也是追随leader，主要负责读操作;

• 也是当接收到写操作的请求后,会第一时间将这个写操作呈交给leader主节点处理.

• 不同的是：当leader主节点挂掉时，observer节点不会参与投票选举，它只会等待一个新的leader出现后，直接去追随新的leader。

4、looking. （选举者）

• 如果leader已经存在，这个新节点会直接变为follower从节点，追随当前的leader节点.

• 如果leader不存在，该looking节点会直接发起一次选举leader的投票，直到leader选出来后，该节点再由looking变成follower从节点，去追随leader主节点。

11）zookeeper如何保证存储数据的有序性？(也是选举leader的关键点)

zookeeper为了保证数据的有序性，会给每一个写操作的数据，编写一个全局唯一的zxid.

zxid是一个64位的数字：前32位会是由当前节点参与的选举次数决定，后32位是存储数据的全局唯一id。

因为先生成的节点值较小、后生成的节点值较大的特点，故而 后存储的数据的zxid 一定大于 先存储的数据的zxid。

拓展：zookeeper在执行写操作时，是不会阻塞IO的，每次收到写操作的请求后，leader主节点会先把这个请求放到一个队列中，然后挨个的进行处理。

12）Zookeeper选举机制的两个要素：

答：zxid和myid;

• 哪个节点的zxid越大，说明数据越新越全，则会被选举为leader

• 每一个znode节点启动时，都会有一个全局唯一的myid(数字)； 在选举leader时,如果zxid一致,则根据myid的值，来决定选举的leader.

13）Zookeeper的选举机制：（面试）

详见： https://blog.csdn.net/qq_44750696/article/details/123759164

14）ZooKeeper实现分布式锁：

1> Zookeeper的实现分布式锁的特点：

• ZooKeeper的内部是一个分层的文件系统目录树结构，而且，同一个目录下只能有一个唯一的文件名。

• 临时有序节点；

• 先创建的节点的节点值比较小；

2> 基于ZooKeeper实现分布式锁的步骤如下：

（1）创建一个目录mylock；

（2）线程A想获取锁，就必须先在mylock目录下创建一个 临时顺序节点；

（3）创建之后，线程A再查看一下mylock目录下所有的子节点，看一下是否存在有比自己这个临时有序节点还小的兄弟节点，如果不存在，则说明当前线程的顺序号最小，于是获得锁；

（4）同理，线程B也要先创建一个临时顺序节点，然后获取所有的节点，再判断自己的节点是不是最小节点。不是，则监听比自己次小的那个节点；

（5）线程A处理完请求，删除掉自己的节点，线程B监听到变更事件，再次判断自己是不是最小的节点，如果是则获得锁。还不是，则继续监听比自己次小的节点。

15）Zookeeper常用的命令操作.

1. 查询节点.
        ls 节点名称      ->     查询当前节点下的子节点.
        get 节点名称        ->      查看当前节点的数据.
    
2. 创建节点.
        create [-s]  [-e]   path    data    acl
        创建   [有序] [临时] 节点路径 节点数据 节点访问权限
    
3. 修改节点.
        set path data       ->      修改指定节点的数据.
​
4. 删除节点.
        delete path         ->      删除没有子节点的节点.
        rmr path            ->      递归删除节点(慎用)
​
5. 查看节点状态.
        stat path           ->      查看节点的状态...