zookeeper分布式应用程序协调服务

一、zookeeper基本介绍

1.1 zookeeper的概念

        Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式框架提供协调服务的Apache项目。
是Hadoop和Hbase的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。
        ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务，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。
        ZooKeeper包含一个简单的原语集，提供Java和C的接口。
        ZooKeeper代码版本中，提供了分布式独享锁、选举、队列的接口，代码在        $zookeeper_home\src\recipes。其中分布锁和队列有Java和C两个版本，选举只有Java版本。

1.2 zookeeper的工作机制

是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。也就是说 Zookeeper = 文件系统 + 通知机制。

1.3 zookeeper的特点

        Zookeeper：一个领导者(Leader) ，多个跟随者(Follower) 组成的集群。
        Zookeepe集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。
        全局数据一致：每个Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server，数据都是一致的。
        更新请求顺序执行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行，即先进先出。.
        数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
        实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

1.4 zookeeper的数据结构

ZooKeeper数据模型的结构与Linux文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

1.5 ZooKeeper的应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

1️⃣、统一命名服务

在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

2️⃣、统一配置管理

（1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如Kafka集群。对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。
（2）配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。各个客户端服务器监听这个Znode。一旦 Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器。

3️⃣、统一集群管理

（1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一些调整。
（2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

4️⃣、服务器动态上下线

客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。

5️⃣、软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。

二、ZooKeeper的选举机制

2.1 第一次启动选举机制

        服务器1启动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为LOOKING；
        服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的（服务器1）大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING
        服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；
        服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；
        服务器5启动，同4一样当小弟。

2.非第一次启动选举机制

1️⃣、当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入Leader选举:
服务器初始化启动。
服务器运行期间无法和Leader保持连接。

2️⃣、而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态:
集群中本来就已经存在一个Leader。
对于已经存在Leader的情况，机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。

集群中确实不存在Leader
假设ZooKeeper由5台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID分别为8、8、8、7、7，并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻，3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。

SID：服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致。
ZXID：事务ID。ZXID是一个事务ID，用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致，这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑速度有关。
Epoch：每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加

2.3 选举Leader规则

EPOCH大的直接胜出。
EPOCH相同，事务id大的胜出。
事务id相同，服务器id大的胜出。

三、部署ZooKeeper集群

3.1 环境准备

服务器类型	系统和ip地址	需要安装的组件
Zookeeper服务器1	CentOS7.4(64 位) 192.168.200.12	jdk
Zookeeper服务器2	CentOS7.4(64 位) 192.168.200.13	jdk
Zookeeper服务器3	CentOS7.4(64 位) 192.168.200.14	jdk