Zookeeper详解（最详细的zookeeper解析+项目实例）

Zookeeper

在学习Zookeeper之前，我们还是先了解它的概念：

一、什么是zookeeper?

1、简介

zooKeeper 是一个开放源码的分布式协调服务，主要为了解决分布式架构下数据一致性问题， 它是集群的管理者， 监视着集群中各个节点的状态，根据节点提交的反馈进行下一步合理操作。 最终， 将简单易用的接口和性能高效、 功能稳定的系统提供给用户

2、应用场景

分布式配置中心、分布式注册中心、分布式锁、分布式队列、集群选举、分布式屏障、发布/订阅等场景。

二、Zookeeper数据结构

1、简介

Zookeeper的数据模型类似于文件系统，是树状结构，每个树节点（目录）对应一个Znode节点。这些目录节点和我们普通的目录一样可以新建、删除、修改。

2、常用的数据格式有：

我们常用的主要有四种类型的znode。

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，只要不手动删除该节点，他将永远存在。

2、持久化顺序编号目录节点：PERSISTENT_SEQUENTIAL : -s 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 : -e 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 : -es 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。

3、zookeeper客户端常用命令：

1）、连接zookeeper服务端（Linux）： ./zkCli.sh -server ip:port

2）、断开zookeeper服务端的连接： quit

3）、查看帮助： help

4）、查询所有的目录节点： ls /

5）、创建目录节点： create /节点名 值（可写可不写）

6）、设置目录节点的值（修改时也可以）： set /节点名 值

7）、删除单个目录节点： delete /节点名

8）、删除带有子节点的目录： deleteall /节点名

9）、创建临时目录节点： create -e /节点名 值（可写可不写）

10）、创建持久化目录节点： create -s /节点名 值（可写可不写）

11）、查询目录节点的详情信息： ls -s /节点名

三、Zookeeper JavaAPI（Curator）

1、简介：

Apache Curator 是一个用于Apache ZooKeeper 的Java 客户端框架。 Curator 提供了一组易于使用的API和工具，简化了与ZooKeeper 的交互，同时提供了更高级别的抽象和功能。

2、搭建和使用Curator（以下环境使用的是spring boot）

1）、引入Curator支持

<!-- zookeeper支持 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.6.4</version>
</dependency>
<!-- curator-recipes -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>5.5.0</version>
</dependency>
<!-- curator-framework -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>5.5.0</version>
</dependency>

2）、连接zookeeper客户端

//超时重试（连接间隔时间和超时连接次数）
RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 5);
//连接zookeeper对象
client = CuratorFrameworkFactory.newClient(
        "ip:port",
        1000,
        60*1000,
        retryPolicy);
//开始连接
client.start();

3）、创建节点

//1、创建节点并赋值
String path = client.create().forPath("/zuxia","helloworld".getBytes());
System.out.println("创建节点："+path);
​
//2、创建节点带子节点（如果不给子节点赋值，子节点的值默认为当前系统的IP地址）
String path = client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath("/zuxia/abc");
System.out.println("创建节点："+path);
​
//3、创建临时节点（当断开连接时临时节点会自动删除,withMode中的属性可选择）
String path =client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/a","helloworld".getBytes());
System.out.println("创建节点："+path);

4）、查询节点

//1、查询节点的数据
byte[] bytes = client.getData().forPath("/zuxia");
System.out.println(new String(bytes));
​
//2、查询节点的数据（详情信息）
Stat stats=new Stat();
System.out.println(stats);//为了区分两个结果的不同
byte[] be = client.getData().storingStatIn(stats).forPath("/zuxia");
System.out.println(stats);

5）、更新节点

//给节点赋值（返回值为Stat,可写可不写）
client.setData().forPath("/ab", "hello".getBytes());

6）、删除节点

//1、删除节点
System.out.println("删除节点："+client.delete().forPath("/wjh"));
​
//2、删除带有子节点的目录节点
System.out.println("删除子节点："+client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath("/zuxia"));

7）、Watch事件监听

•ZooKeeper 允许用户在指定节点上注册一些Watcher，并且在一些特定事件触发的时候，ZooKeeper 服务端会将事件通知到感兴趣的客户端上去，该机制是 ZooKeeper 实现分布式协调服务的重要特性。

•ZooKeeper 中引入了Watcher机制来实现了发布/订阅功能能，能够让多个订阅者同时监听某一个对象，当一个对象自身状态变化时，会通知所有订阅者。

•ZooKeeper提供了三种Watcher：

NodeCache : 只是监听某一个特定的节点

PathChildrenCache : 监控一个ZNode的子节点.

TreeCache : 可以监控整个树上的所有节点，类似于PathChildrenCache和NodeCache的组合

1、NodeCache 监听事件

@Test
void testNodeCache() throws Exception {
// 1. 创建NodeCache
NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, "/ab");
// 2. 注册监听
nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() {
    @Override
    public void nodeChanged() throws Exception {
        System.out.println("/ab节点发生变更");
        byte[] dataBytes = nodeCache.getCurrentData().getData();
        System.out.println("节点修改后的数据：" + new String(dataBytes));
    }
});
// 3. 开启监听，如果设置为true，则开启监听时，加载缓冲数据
nodeCache.start(true);
while(true){}
}

2、PathChildrenCache 监听事件

@Test
void testPathChildrenCache() throws Exception {
//创建监听对象(监听指定节点下的)
PathChildrenCache pathChildrenCache= new PathChildrenCache(client, "/zuxia", true);
//注册监听事件
pathChildrenCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() {
    @Override
    public void childEvent(CuratorFramework cf, PathChildrenCacheEvent event) throws Exception {
        System.out.println("节点发生变化了");
        PathChildrenCacheEvent.Type type = event.getType();
        //当前判断的是当节点发生更新时进入改方法，可以选择添加或者删除的方法
        if (type.equals(PathChildrenCacheEvent.Type.CHILD_UPDATED)){
            byte[] bytes = event.getData().getData();
            System.out.println("节点修改后的数据"+new String(bytes));
        }
    }
});
//开启监听
pathChildrenCache.start();
while (true){}
}

3、TreeCache 监听事件

@Test
void testTreeCache() throws Exception {
    //创建监听对象
    TreeCache treeCache = new TreeCache(client, "/zuxia");
    //注册监听
    treeCache.getListenable().addListener(new TreeCacheListener() {
        @Override
        public void childEvent(CuratorFramework curatorFramework, TreeCacheEvent treeCacheEvent) throws Exception {
            System.out.println("节点发生变化了");
            TreeCacheEvent.Type type = treeCacheEvent.getType();
            if (type.equals(TreeCacheEvent.Type.NODE_ADDED)){
                System.out.println("节点添加了");
            }
        }
    });
    //开启监听
    treeCache.start();
    while (true){}
}

8）、分布式锁实现

• 首先我们要了解什么是分布式锁？

  在我们进行单机应用开发，涉及并发同步的时候，我们往往采用synchronized或者Lock的方式来解决多线程间的代码同步问题，这时多线程的运行都是在同一个JVM之下，没有任何问题。

  但当我们的应用是分布式集群工作的情况下，属于多JVM下的工作环境，跨JVM之间已经无法通过多线程的锁解决同步问题。

  那么就需要一种更加高级的锁机制，来处理种跨机器的进程之间的数据同步问题——这就是分布式锁。

• 

• 其次也要悉知分布式锁的原理：

  核心思想：当客户端要获取锁，则创建节点，使用完锁，则删除该节点。

  1.客户端获取锁时，在lock节点下创建临时顺序节点。

  2.然后获取lock下面的所有子节点，客户端获取到所有的子节点之后，如果发现自己创建的子节点序号最小，那么就认为该客户端获取到了锁。使用完锁后，将该节点删除。

  3.如果发现自己创建的节点并非lock所有子节点中最小的，说明自己还没有获取到锁，此时客户端需要找到比自己小的那个节点，同时对其注册事件监听器，监听删除事件。

  4.如果发现比自己小的那个节点被删除，则客户端的

  Watcher会收到相应通知，此时再次判断自己创建的节点

  是否是lock子节点中序号最小的，如果是则获取到了锁，

  如果不是则重复以上步骤继续获取到比自己小的一个节点

  并注册监听。

• 

• 案例操作----模拟12306售票：

  •在Curator中有五种锁方案：

  •InterProcessSemaphoreMutex：分布式排它锁（非可重入锁）

  •InterProcessMutex：分布式可重入排它锁

  •InterProcessReadWriteLock：分布式读写锁

  •InterProcessMultiLock：将多个锁作为单个实体管理的容器

  •InterProcessSemaphoreV2：共享信号量

  方法类：

  package com.wjh;
  ​
  import org.apache.curator.RetryPolicy;
  import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
  import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
  import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
  import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
  ​
  import java.util.concurrent.TimeUnit;
  ​
  public class TickTest implements Runnable{
      private int x=10;//票数
      //创建分布式可重入排它锁对象
      private InterProcessMutex lock;
      CuratorFramework client;
  ​
      //当前方法的构造方法
      public TickTest() {
          //超时重试（连接间隔时间和超时连接次数）
          RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 5);
          //连接zookeeper对象
          client = CuratorFrameworkFactory.newClient(
                  "ip:port",
                  1000,
                  60*1000,
                  retryPolicy);
          //开始连接
          client.start();
          //创建分布式可重入排它锁对象连接zookeeper注册中心客户端
          //客户端中不用创建，这里会自动创建
          lock = new InterProcessMutex(client, "/lock");
      }
  ​
      @Override
      public void run() {
          try {
              //设置锁
              lock.acquire(3, TimeUnit.SECONDS);
              while (true) {
                  if(x>0){
                      //输出的调用线程的对象以及票数的数量
                      System.out.println(Thread.currentThread()+"票数:" + x);
                      //间隔200毫秒输出一次
                      Thread.sleep(200);
                      x--;
                  }
              }
          } catch (Exception e) {
              throw new RuntimeException(e);
          }finally {
              try {
                  //释放锁
                  lock.release();
              } catch (Exception e) {
                  throw new RuntimeException(e);
  ​
              }
          }
      }
  }
  ​
  

测试类：

package com.wjh;
​
public class MaiTest {
​
    //使用main方法调用
    public static void main(String[] args) {
        //实现线程方法
        TickTest tick = new TickTest();
        //创建线程对象
        Thread t1 = new Thread(tick,"携程");
        Thread t2 = new Thread(tick,"飞猪");
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
​

三、Zookeeper集群搭建

1、zookeeper集群介绍

Leader选举：

          比如有三台服务器，编号分别是1,2,3。

          编号越大在选择算法中的权重越大。

          服务器中存放的最大数据ID.值越大说明数据  越新，在选举算法中数据越新权重越大。

            获得了超过半数的选票，

            则此ZooKeeper就可以成为Leader了

2、zookeeper集群搭建

附录文件上有详细搭建步骤.....

四、Zookeeper核心理论

在ZooKeeper集群服中务中有三个角色：

•Leader 领导者 ：

1. 处理事务请求

2. 集群内部各服务器的调度者

•Follower 跟随者 ：

1. 处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器

2. 参与Leader选举投票

•Observer 观察者：

1. 处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器

最后附注：

        以上的集群搭建如过有需要的可以关注私信要文件。我一直都在~~