Zookeeper记录

Zookeeper部分

1.ZooKeeper 是什么？

ZooKeeper是一个开源的分布式应用程序协调服务，是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，分布式应用程序可以基于 Zookeeper 实现诸如命名服务、配置管理、集群管理、Master 选举、分布式锁和队列管理等功能。设计目的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。

2.ZooKeeper 提供了什么？

2.1 文件系统

1)每个子目录项都被称作为 znode，和文件系统一样，我们能够自由的增加、删除znode，在一个znode下增加、删除子znode，唯一的不同在于znode是可以存储数据的。

2)有四种类型的znode
①PERSISTENT-持久节点
除非手动删除，否则节点一直存在于 Zookeeper 上
②EPHEMERAL-临时节点
临时节点的生命周期与客户端会话绑定，一旦客户端会话失效（客户端与 zookeeper 连接断开不一定会话失效），那么这个客户端创建的所有临时节点 都会被移除。
③PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久顺序节点
基本特性同持久节点，只是增加了顺序属性，节点名后边会追加一个由父节点维 护的自增整型数字。
④EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序节点
基本特性同临时节点，增加了顺序属性，节点名后边会追加一个由父节点维护的 自增整型数字。

2.2 通知机制

客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（data update、data delete、children add、children delete）时，zookeeper会通知客户端。
1)watcher特性
①一次性
无论是服务端还是客户端，一旦一个 Watcher 被 触 发 ，Zookeeper 都会将其 从相应的存储中移除，这样的设计有效的减轻了服务端的压力。

②串行
客户端watcher回调的过程是一个串行同步的过程，这为我们保证了顺序。

③轻量
Watcher 通知非常简单，只会告诉客户端发生了事件，而不会说明事件的 具体内容。

④最终一致性
watcher event 异步发送 watcher 的通知事件从 server 发送到 client 是异步的，不同的客户端和服务器之间通过 socket 进行通信，由于网络延迟或其他因素导致客户端在不同的时刻监听到事件。

⑤客户端注册watcher
（1）调用 getData()/getChildren()/exist()三个 API，传入 Watcher 对象；
（2）标记请求 request，封装 Watcher 到 WatchRegistration；
（3）封装成 Packet 对象，发服务端发送 request；
（4）收到服务端响应后，将 Watcher 注册到 ZKWatcherManager 中进行管理；
（5）请求返回，完成注册。

⑥服务端处理 Watcher
（1）服务端接收 Watcher 并存储
接收到客户端请求，处理请求判断是否需要注册 Watcher，需要的话将数据节点的节点路径和 ServerCnxn（ServerCnxn 代表一个客户端和服务端的连接， 实现了 Watcher 的 process 接口，此时可以看成一个 Watcher 对象）存储在 WatcherManager 的 WatchTable 和 watch2Paths 中去。
（2）Watcher 触发
以服务端接收到 setData() 事务请求触发 NodeDataChanged 事件为例：
a.封装 WatchedEvent 将通知状态（SyncConnected）、事件类型（NodeDataChanged）以及节点 路径封装成一个 WatchedEvent 对象
b.查询 Watcher 从 WatchTable 中根据节点路径查找 Watcher

• 没找到；说明没有客户端在该数据节点上注册过 Watcher
• 找到；提取并从 WatchTable 和 Watch2Paths 中删除对应 Watcher（从 这里可以看出 Watcher 在服务端是一次性的，触发一次就失效了）

c.调用 process 方法来触发 Watcher 这里 process 主要就是通过 ServerCnxn 对应的 TCP 连接发送 Watcher 事件 通知。

⑦客户端回调watcher
客户端 SendThread 线程接收事件通知，交由 EventThread 线程回调 Watcher。
客户端的 Watcher 机制同样是一次性的，一旦被触发后，该 Watcher 就失效 了。

⑧当一个客户端连接到一个新的服务器上时，watch 将会被以任意会话事件触发。当与一个服务器失去连接的时候，是无法接收到 watch 的。而当 client 重新连接时，如果需要的话，所有先前注册过的 watch，都会被重新注册。通常这是完全透明的。只有在一个特殊情况下，watch 可能会丢失：对于一个未创建的 znode的 exist watch，如果在客户端断开连接期间被创建了，并且随后在客户端连接上之前又删除了，这种情况下，这个 watch 事件可能会被丢失。

3.Zookeeper 怎么保证主从节点的状态同步？ （Zab）

zookeeper 的核心是原子广播机制，这个机制保证了各个 server 之间的同步。 实现这个机制的协议叫做 Zab 协议。Zab 协议有两种模式，它们分别是恢复模 、式和广播模式。
1)恢复模式
当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出 来，且大多数 server 完成了和 leader 的状态同步以后，恢复模式就结束了。状 态同步保证了 leader 和 server 具有相同的系统状态。

2)广播模式
一旦 leader 已经和多数的 follower 进行了状态同步后，它就可以开始广播消息了，即进入广播状态。这时候当一个 server 加入ZooKeeper 服务中，它会在恢复模式下启动，发现 leader，并和 leader 进行状态同步。待到同步结束，它也参与消息广播。ZooKeeper 服务一直维持在广播状态，直到 leader 崩溃了或者 leader 失去了大部分的 followers 支持。

4.Zab 和 Paxos 算法的联系与区别？

1)相同点：
①两者都存在一个类似于 Leader 进程的角色，由其负责协调多个 Follower 进程的运行
② Leader 进程都会等待超过半数的 Follower 做出正确的反馈后，才会将一个提案进行提交
③ ZAB 协议中，每个 Proposal 中都包含一个 epoch 值来代表当前的 Leader周期，Paxos 中名字为 Ballot

2)不同点：
Paxos是二阶段提交（2PC），Zab是三阶段提交（3PC）
①CanCommit事务询问（Paxos、Zab）
②PreCommit同步阶段，新的Leader会确保存在过半的Follower已经提交了之前Leader周期中的所有事务Proposal。（Zab）
③doCommit执行提交（Paxos、Zab）

Zab 用来构建高可用的分布式数据主备系统（Zookeeper），Paxos 是用来构建分布式一致性状态机系统。

5.zookeeper 是如何保证事务的顺序一致性的？

zookeeper 采用了全局递增的事务 Id 来标识，所有的 proposal（提议）都在被提出的时候加上了 zxid，zxid 实际上是一个 64 位的数字，高 32 位是epoch用来标识 leader 周期，如果有新的 leader 产生出来，epoch会自增，低 32 位用来递增计数。当新产生 proposal 的时候，会依据数据库的两阶段过程，首先会向其他的 server 发出事务执行请求，如果超过半数的机器都能执行并且能够成功，那么就会开始执行。

6.服务器角色

1)Leader

• 事务请求的唯一调度和处理者，保证集群事务处理的顺序性
• 集群内部各服务的调度者

2)Follower

• 处理客户端的非事务请求，转发事务请求给 Leader 服务器
• 参与事务请求 Proposal 的投票
• 参与 Leader 选举投票

3)Observer

• 3.0 版本以后引入的一个服务器角色，在不影响集群事务处理能力的基础上提升集群的非事务处理能力
• 处理客户端的非事务请求，转发事务请求给 Leader 服务器
• 不参与任何形式的投票

7.Zookeeper 下 Server 工作状态

服务器具有四种状态，分别是 LOOKING、FOLLOWING、LEADING、 OBSERVING。
1)LOOKING：寻找 Leader 状态。当服务器处于该状态时，它会认为当前集群中没有 Leader，因此需要进入 Leader 选举状态。
2)FOLLOWING：跟随者状态。表明当前服务器角色是 Follower。
3)LEADING：领导者状态。表明当前服务器角色是 Leader。
4)OBSERVING：观察者状态。表明当前服务器角色是 Observer。

8.分布式集群中为什么会有 Master主节点？

在分布式环境中，有些业务逻辑只需要集群中的某一台机器进行执行，其他的机器可以共享这个结果，这样可以大大减少重复计算，提高性能，于是就需要进行 leader 选举。

9.集群最少要几台机器，集群规则是怎样的？集群中有 3 台服务器，其中一个节点宕机，这个时候 Zookeeper 还可以使用吗？

集群规则为 2N+1 台，N>0，即 3 台。可以继续使用，单数服务器只要没超过一半的服务器宕机就可以继续使用。

10.集群支持动态添加机器吗？

其实就是水平扩容了，Zookeeper 在这方面不太好。两种方式：
全部重启：关闭所有 Zookeeper 服务，修改配置之后启动。不影响之前客户端的会话。
逐个重启：在过半存活即可用的原则下，一台机器重启不影响整个集群对外提供服务。这是比较常用的方式。
3.5 版本开始支持动态扩容。

11.zk 节点宕机会发生什么？

Zookeeper 本身也是集群，推荐配置2n+1(n>0)服务器。Zookeeper 自身也要保证当一个节点宕机时，其他节点会继续提供服务。

如果是一个 Follower 宕机，还有 2 台服务器提供访问，因为 Zookeeper 集群有一致性，数据并不会丢失；

如果是一个 Leader 宕机，Zookeeper 会选举出新的 Leader。

ZK 集群的机制是只要超过半数的节点正常，集群就能正常提供服务。只有在 ZK节点挂得太多，只剩一半或不到一半节点能工作，集群才失效。

12. Zookeeper 有哪几种几种部署模式？

Zookeeper 有三种部署模式：

1. 单机部署：一台集群上运行；

2. 集群部署：多台集群运行；

3. 伪集群部署：一台集群启动多个 Zookeeper 实例运行。

13.ACL 权限控制机制

1)常用schema
①world
id（验证模式）为world:anyone，对所有人有权限
②digest
id为username:BASE64(SHA1(password))
③ip
id为客户机的IP地址，设置的时候可以设置一个ip段，比如ip:192.168.1.0/16, 表示匹配前16个bit的IP段，也可以设置为某一个具体的ip

2)permission(crwda)
zookeeper目前支持下面一些权限：
CREATE: 创建权限，可以在在当前node下创建child node，即对子节点Create操作
DELETE: 删除权限，可以删除当前的node，即对子节点Delete操作
READ: 读权限，可以获取当前node的数据，可以list当前node所有的child nodes，即对本节点GetChildren和GetData操作
WRITE: 写权限，可以向当前node写数据，即对本节点SetData操作
ADMIN: 管理权限，可以设置当前node的permission，即对本节点setAcl操作

14.Chroot 特性

3.2.0 版本后，添加了 Chroot 特性，该特性允许每个客户端为自己设置一个命名空间。如果一个客户端设置了 Chroot，那么该客户端对服务器的任何操作，都将会被限制在其自己的命名空间下。

通过设置 Chroot，能够将一个客户端应用于 Zookeeper 服务端的一颗子树相对应，在那些多个应用公用一个 Zookeeper 进群的场景下，对实现不同应用间的相互隔离非常有帮助。

12.会话管理

分桶策略：将类似的会话放在同一区块中进行管理，以便于 Zookeeper 对会话进行不同区块的隔离处理以及同一区块的统一处理。分配原则：每个会话的“下次超时时间点”（ExpirationTime）

计算公式：

ExpirationTime_ = currentTime + sessionTimeout

ExpirationTime = (ExpirationTime_ / ExpirationInrerval + 1) *

ExpirationInterval , ExpirationInterval 是指 Zookeeper 会话超时检查时间间隔，默认 tickTime

13.数据同步

不同的场景，会有不同的数据同步方式，具体选择哪种方式，还需要参考以下三个参数，根据这三个参数的大小对比结果，选择对应的数据同步方式。

• peerLastZxid：Learner服务器（Follower或observer）最后处理的zxid。
• minCommittedLog：Leader服务器proposal缓存队列committedLog中的最小的zxid。
• maxCommittedLog：Leader服务器proposal缓存队列committedLog中的最大的zxid。

Zookeeper中数据同步一共有四类，如下。

• DIFF：直接差异化同步
  minCommittedLog < peerLastZxid < maxCommittedLog。
• TRUNC+DIFF：先回滚再差异化同步
  老leader宕机未写入，重新上线后，新leader会回滚老leader后再同步。
• TRUNC：仅回滚同步
  peerLastZxid > maxCommittedLog。
• SNAP：全量同步
  1）peerLastZxid < minCommittedLog
  2）learner宕机后，再上线时，且leader此时没有提议。

14.说一下 Zookeeper 的通知机制？

client 端会对某个 znode 建立一个 watcher 事件，当该 znode 发生变化时，这些 client 会收到 zk 的通知，然后 client 可以根据 znode 变化来做出业务上的改变等。

15.chubby 是什么，和 zookeeper 比你怎么看？

chubby 是 google 的，完全实现 paxos 算法，不开源。zookeeper 是 chubby的开源实现，使用 zab 协议，paxos 算法的变种。

16.说几个 zookeeper 常用的命令。

常用命令：ls get set create delete 等。

17.Zookeeper 的典型应用场景

利用 ZooKeeper 可以非常方便构建一系列分布式应用中都会涉及到的核心功能。

数据发布/订阅
负载均衡
命名服务
分布式协调/通知
集群管理
Master 选举
分布式锁
分布式队列
多个开源项目中都应用到了 ZooKeeper，例如 HBase, Spark, Flink, Storm, Kafka, Dubbo 等等。

18.Zookeeper 都有哪些功能？

1)集群管理：监控节点存活状态、运行请求等；

2)主节点选举：主节点挂掉了之后可以从备用的节点开始新一轮选主，主节点选举说的就是这个选举的过程，使用 Zookeeper 可以协助完成这个过程；

3)分布式锁：Zookeeper 提供两种锁：独占锁、共享锁。独占锁即一次只能有一个线程使用资源，共享锁是读锁共享，读写互斥，即可以有多线线程同时读同一个资源，如果要使用写锁也只能有一个线程使用。Zookeeper 可以对分布式锁进行控制。

4)命名服务：在分布式系统中，通过使用命名服务，客户端应用能够根据指定名字来获取资源或服务的地址，提供者等信息。

19.Zookeeper 的 java 客户端都有哪些？

java 客户端：zk 自带的 zkclient 及 Apache 开源的 Curator。

20.Zookeeper 和 Dubbo 的关系？

Dubbo引入Zookeeper作为存储媒介，也就把ZooKeeper的特性引进来：
负载均衡、资源同步、命名服务。