Zookeeper简单初应用

一、Zookeeper

1.1 概述

Zookeeper是一个开源的分布式的，为分布式应用提供协调服务的Apache项目。

Zookeeper从设计模式角度来理解：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，从而实现集群中类似Master/Slave管理模式

Zookeeper=文件系统+通知机制

1.2 应用场景

提供的服务包括：分布式消息同步和协调机制、服务器节点动态上下线、统一配置管理、负载均衡、集群管理等。

1）官网首页：

https://zookeeper.apache.org/

二、Zookeeper安装

2.1 本地模式安装部署

1）安装前准备：

　　（1）安装jdk

1.将zookeeper上传到服务器中

2.解压到apps文件夹下

　　　　( tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C apps/)

3.配置修改

　　3.1  cd apps

　　3.2 　cd apps/zookeeper-3.4.10/

　　3.3   mkdir -p data/zkData

　　3.4  cd  conf/

　　3.5  将zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg（cp zoo_sample.cfg zoo.cfg）

　　

　　3.6 修改dataDir路径(vim zoo.cfg),将修改为创建的数据文件夹(dataDir=/home/hadoop/apps/zookeeper-3.4.10/data/zkData)

3）操作zookeeper (cd ..)

　　（1）启动zookeeper

　　　　　　[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

　　（2）查看进程是否启动

　　 [atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ jps

　　　　　　4020 Jps

　　　　　　4001 QuorumPeerMain

　　（3）查看状态：

　　　　[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status

　　　　　　ZooKeeper JMX enabled by default

　　　　　　Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

　　　　　　Mode: standalone

　　（4）启动客户端：

　　　　[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

　　（5）退出客户端：

　　　　[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

　　（6）停止zookeeper

　　　　[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

2.2 zoo.cfg配置参数解读

解读zoo.cfg 文件中参数含义

1）tickTime：通信心跳数，Zookeeper服务器心跳时间，单位毫秒

　　Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。

　　它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)

2）initLimit：LF初始通信时限

　　集群中的follower跟随者服务器(F)与leader领导者服务器(L)之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。

　　投票选举新leader的初始化时间

　　Follower在启动过程中，会从Leader同步所有最新数据，然后确定自己能够对外服务的起始状态。

　　Leader允许F在initLimit时间内完成这个工作。

3）syncLimit：LF同步通信时限

　　集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime，

　　Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。

　　在运行过程中，Leader负责与ZK集群中所有机器进行通信，例如通过一些心跳检测机制，来检测机器的存活状态。

　　如果L发出心跳包在syncLimit之后，还没有从F那收到响应，那么就认为这个F已经不在线了。

4）dataDir：数据文件目录+数据持久化路径

　　保存内存数据库快照信息的位置，如果没有其他说明，更新的事务日志也保存到数据库。

5）clientPort：客户端连接端口

　　监听客户端连接的端口

2.3分布式安装部署

1.将zookeeper上传到集群1中

2.前三步同本地安装（创建数据文件夹data/zkData，重命名zoo_sample.cfg,修改zoo.cfg里的dataDir路径）

3.配置zoo.cfg文件(vim zoo.cfg),添加集群信息

　　

(配置参数解读

　　　　Server.A=B:C:D。

　　　　　　A是一个数字，表示这个是第几号服务器；

　　　　　　B是这个服务器的ip地址；

　　　　　　C是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；

　　　　　　D是万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

)

4.在dataDir目录下创建myid(cd .. --> cd data/zkData --> touch myid)

5.配置myid为本服务器的值  就是上面A的值(vim myid)(我的第一台为server.1=jokerq:2888:3888所以直接写入1保存即可)

　　注：集群模式下配置一个文件myid，这个文件在dataDir目录下，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server

6.将配置好的zookeeper文件夹分发到各集群上

　　6.1 cd到zookeeper上层目录（cd ~/apps/）　　

　　6.2分发( scp -r zookeeper-3.4.10 jokerq2:/home/hadoop/apps

　　　　　　scp -r zookeeper-3.4.10 jokerq3:/home/hadoop/apps

　　　　　　scp -r zookeeper-3.4.10 jokerq4:/home/hadoop/apps)

7、修改其他机器的myid（jokerq2 -->2 等等）

8.分别启动zookeeper

[hadoop@jokerq1 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[hadoop@jokerq2 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[hadoop@jokerq3 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start
[hadoop@jokerq4 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh start

9.查看状态( bin/zkServer.sh status)

三、Zookeeper理论篇

3.1 数据结构

ZooKeeper数据模型的结构与Unix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。

很显然zookeeper集群自身维护了一套数据结构。这个存储结构是一个树形结构，其上的每一个节点，我们称之为"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

数据结构图

3.2 节点类型

1）Znode有两种类型：

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

持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除

2）Znode有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

3）创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护

4）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

3.3 特点

1）Zookeeper：一个领导者（leader），多个跟随者（follower）组成的集群。

2）Leader负责进行投票的发起和决议，更新系统状态

3）Follower用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选举Leader过程中参与投票

4）集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。

5）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。

6）更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行。

7）数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。

8）实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据。

3.4 选举机制

1）半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以zookeeper适合装在奇数台机器上。

2）Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave。但是，zookeeper工作时，是有一个节点为leader，其他则为follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的

3）以一个简单的例子来说明整个选举的过程。

假设有五台服务器组成的zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么。

（1）服务器1启动，此时只有它一台服务器启动了，它发出去的报没有任何响应，所以它的选举状态一直是LOOKING状态。

（2）服务器2启动，它与最开始启动的服务器1进行通信，互相交换自己的选举结果，由于两者都没有历史数据，所以id值较大的服务器2胜出，但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3)，所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态。

（3）服务器3启动，根据前面的理论分析，服务器3成为服务器1、2、3中的老大，而与上面不同的是，此时有三台服务器选举了它，所以它成为了这次选举的leader。

（4）服务器4启动，根据前面的分析，理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的，但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3，所以它只能接收当小弟的命了。

（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

3.5 stat结构体

1）czxid- 引起这个znode创建的zxid，创建节点的事务的zxid（ZooKeeper Transaction Id）

每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳，也就是ZooKeeper事务ID。

事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid，如果zxid1小于zxid2，那么zxid1在zxid2之前发生。

2）ctime - znode被创建的毫秒数(从1970年开始)

3）mzxid - znode最后更新的zxid

4）mtime - znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)

5）pZxid-znode最后更新的子节点zxid

6）cversion - znode子节点变化号，znode子节点修改次数

7）dataversion - znode数据变化号

8）aclVersion - znode访问控制列表的变化号

9）ephemeralOwner- 如果是临时节点，这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0。

10）dataLength- znode的数据长度

11）numChildren - znode子节点数量

3.6 监听器原理

监听器是一个接口，我们的代码中可以实现Wather这个接口，实现其中的process方法，方法中即我们自己的业务逻辑

监听器的注册是在获取数据的操作中实现：

getData(path,watch?)监听的事件是：节点数据变化事件

getChildren(path,watch?)监听的事件是：节点下的子节点增减变化事件

四、客户端命令行操作

命令基本语法	功能描述
help	显示所有操作命令
ls path [watch]	使用 ls 命令来查看当前znode中所包含的内容
ls2 path [watch]	查看当前节点数据并能看到更新次数等数据
create	普通创建 -s  含有序列 -e  临时（重启或者超时消失）
get path [watch]	获得节点的值
set	设置节点的具体值
stat	查看节点状态
delete	删除节点
rmr	递归删除节点

1）启动客户端

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

2）显示所有操作命令

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help

3）查看当前znode中所包含的内容

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /

[zookeeper]

4）查看当前节点数据并能看到更新次数等数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /

[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

5）创建普通节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /app1 "hello app1"

Created /app1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /app1/server101 "192.168.1.101"

Created /app1/server101

6）获得节点的值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /app1

hello app1

cZxid = 0x20000000a

ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

mZxid = 0x20000000a

mtime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

pZxid = 0x20000000b

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 10

numChildren = 1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /app1/server101

192.168.1.101

cZxid = 0x20000000b

ctime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017

mZxid = 0x20000000b

mtime = Mon Jul 17 16:11:04 CST 2017

pZxid = 0x20000000b

cversion = 0

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 13

numChildren = 0

7）创建短暂节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] create -e /app-emphemeral 8888

（1）在当前客户端是能查看到的

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] ls /

[app1, app-emphemeral, zookeeper]

（2）退出当前客户端然后再重启启动客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（3）再次查看根目录下短暂节点已经删除

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /

[app1, zookeeper]

8）创建带序号的节点

（1）先创建一个普通的根节点app2

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] create /app2 "app2"

（2）创建带序号的节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] create -s /app2/aa 888

Created /app2/aa0000000000

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] create -s /app2/bb 888

Created /app2/bb0000000001

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] create -s /app2/cc 888

Created /app2/cc0000000002

如果原节点下有1个节点，则再排序时从1开始，以此类推。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] create -s /app1/aa 888

Created /app1/aa0000000001

9）修改节点数据值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] set /app1 999

10）节点的值变化监听

（1）在104主机上注册监听/app1节点数据变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 26] get /app1 watch

（2）在103主机上修改/app1节点的数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] set /app1  777

（3）观察104主机收到数据变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/app1

11）节点的子节点变化监听（路径变化）

（1）在104主机上注册监听/app1节点的子节点变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /app1 watch

[aa0000000001, server101]

（2）在103主机/app1节点上创建子节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] create /app1/bb 666

Created /app1/bb

（3）观察104主机收到子节点变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/app1

12）删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /app1/bb

13）递归删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] rmr /app2

14）查看节点状态

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] stat /app1

cZxid = 0x20000000a

ctime = Mon Jul 17 16:08:35 CST 2017

mZxid = 0x200000018

mtime = Mon Jul 17 16:54:38 CST 2017

pZxid = 0x20000001c

cversion = 4

dataVersion = 2

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 3

numChildren = 2

四、zookeeper的eclipse操作

API应用

4..1 eclipse环境搭建

1）创建一个工程

2）解压zookeeper-3.4.10.tar.gz文件

3）拷贝zookeeper-3.4.10.jar、jline-0.9.94.jar、log4j-1.2.16.jar、netty-3.10.5.Final.jar、slf4j-api-1.6.1.jar、slf4j-log4j12-1.6.1.jar到工程的lib目录。并build一下，导入工程。

4）拷贝log4j.properties文件到项目根目录

4..2 创建ZooKeeper客户端

package com.home.zk;

import java.io.IOException;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.junit.Test;

public class ZkClient {

    //连接zk的地址及端口号配置
    private String connectString = "jokerq1:2181,jokerq2:2181,jokerq3:2181,jokerq4:2181";
    //回话超时时间单位毫秒
    private  int sessionTimeout = 2000;
    private ZooKeeper zkClient = null;
    //1.创建客户端
    @Test
    public void initZk() throws Exception {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                //监听发生后触发的事件
                System.out.println(event.getType()+"--"+event.getPath());

            }
        });
    }
}

4..3 创建子节点

public class ZkClient {
    //连接zk的地址及端口号配置
    private String connectString = "jokerq1:2181,jokerq2:2181,jokerq3:2181,jokerq4:2181";
    //回话超时时间单位毫秒
    private  int sessionTimeout = 2000;
    private ZooKeeper zkClient = null;
    //1.创建客户端
    @Before
    public void initZk() throws Exception {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                //监听发生后触发的事件
                System.out.println(event.getType()+"--"+event.getPath());

            }
        });
    }

    //创建子节点(将创建客户端的方法设置为@Before)
    @Test
    public void createNode() throws Exception{
        //参数1：创建节点的路径 ；  参数2：创建节点存放的数据；  参数3：创建节点后节点具有的权限；   参数4：节点类型
        String create = zkClient.create("/hehe", "a.txt".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

        System.out.println(create);
    }
}

4..4 获取子节点

//获取节点数据
    @Test
    public void getChild() throws Exception{

        //参数1：获取哪一个路径下的所有节点 ；  参数2：获取节点后要不要监听
        List<String> children = zkClient.getChildren("/", false);

        for (String child : children) {
            System.out.println(child);
        }
    }

4..5  判断znode是否存在

// 判断znode是否存在
    @Test
    public void isExist() throws Exception{

        //参数1：路径下的是否有这个节点 ；  参数2：要不要监听
        Stat exists = zkClient.exists("/hehe", true);

        System.out.println(exists ==null?"不存在":"存在");
    }