Zookeeper
一、入门
1.1概述
zookeeper是一个为分布式应用提供协调服务的项目
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,比如服务器的状态。然后接受观察者客户端的注册,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。
1.2特点
1)Zookeeper:一个领导者(Leader),多个跟随者(Follower)组成的集群。
2)集群中只要有半数以上节点存活,Zookeeper集群就能正常服务。
3)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。
4)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。
5)数据更新原子性,一次数据更新要么成功,要么失败。
6)实时性,在一定时间范围内,Client能读到最新数据。一定时间就是指各个服务器之间数据同步的速度。
1.3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。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。
1.4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。
统一命名服务
统一配置管理(观察者模式)
统一集群管理
服务器节点动态上下线
软负载均衡
二、Zookeeper 内部原理
2.1选举机制【重要】
1)半数机制:集群中半数以上机器存活,集群可用。所以 Zookeeper 适合安装奇数台服务器。
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
- 服务器1启动,给自己投票,然后发投票信息,由于其它机器还没有启动所以它收不到反馈信息,服务器1的状态一直属于Looking(选举状态)。
- 服务器2启动,给自己投票,同时与之前启动的服务器1交换结果,由于服务器2的编号大所以服务器2胜出,但此时投票数没有大于半数,所以两个服务器的状态依然是LOOKING。
- 服务器3启动,给自己投票,同时与之前启动的服务器1,2交换信息,由于服务器3的编号最大所以服务器3胜出,此时投票数正好大于半数,所以服务器3成为领导者,服务器1,2成为小弟。
- 服务器4启动,给自己投票,同时与之前启动的服务器1,2,3交换信息,尽管服务器4的编号大,但之前服务器3已经胜出,所以服务器4只能成为小弟。
- 服务器5启动,后面的逻辑同服务器4成为小弟。
2.1.1选择机制中的概念
Serverid:服务器ID
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。
Zxid:数据ID
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。
Epoch:逻辑时钟
或者叫投票的次数,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,然后与接收到的其它服务器返回的投票信息中的数值相比,根据不同的值做出不同的判断。
Server状态:选举状态
- LOOKING,竞选状态。
- FOLLOWING,随从状态,同步leader状态,参与投票。
- OBSERVING,观察状态,同步leader状态,不参与投票。
- LEADING,领导者状态。
在投票完成后,需要将上面这些投票信息发送给集群中的所有服务器。
具体投票流程:
一、首先开始选举阶段,每个Server读取自身的zxid。
二、发送投票信息
a、首先,每个Server第一轮都会投票给自己。
b、投票信息包含 :所选举leader的Serverid,Zxid,Epoch。Epoch会随着选举轮数的增加而递增。
三、接收投票信息
1、如果服务器B接收到服务器A的数据(服务器A处于选举状态(LOOKING 状态)
1)首先,判断逻辑时钟值:
a)如果发送过来的逻辑时钟Epoch大于目前的逻辑时钟。首先,更新本逻辑时钟Epoch,同时清空本轮逻辑时钟收集到的来自其他server的选举数据。然后,判断是否需要更新当前自己的选举leader Serverid。判断规则rules judging:保存的zxid最大值和leader Serverid来进行判断的。先看数据zxid,数据zxid大者胜出;其次再判断leader Serverid,leader Serverid大者胜出;然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据(leader Serverid,Zxid,Epoch)广播给其他server)
b)如果发送过来的逻辑时钟Epoch小于目前的逻辑时钟。说明对方server在一个相对较早的Epoch中,这里只需要将本机的三种数据(leader Serverid,Zxid,Epoch)发送过去就行。
c)如果发送过来的逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟。再根据上述判断规则rules judging来选举leader ,然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据(leader Serverid,Zxid,Epoch)广播给其他server)。
【就是说,始终比较最新一轮选举的数据,先比较服务器中最大数据id:Zxid,谁大谁获胜。其次比较服务器id:Serverid,谁大谁获胜】
2)其次,判断服务器是不是已经收集到了所有服务器的选举状态:若是,根据选举结果设置自己的角色(FOLLOWING还是LEADER),退出选举过程就是了。
3)最后,若没有收到没有收集到所有服务器的选举状态:也可以判断一下根据以上过程之后最新的选举leader是不是得到了超过半数以上服务器的支持,如果是,那么尝试在200ms内接收一下数据,如果没有新的数据到来,说明大家都已经默认了这个结果,同样也设置角色退出选举过程。
2、 如果所接收服务器A处在其它状态(FOLLOWING或者LEADING)。
a)逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟,将该数据保存到recvset。此时Server已经处于LEADING状态,说明此时这个server已经投票选出结果。若此时这个接收服务器宣称自己是leader, 那么将判断是不是有半数以上的服务器选举它,如果是则设置选举状态退出选举过程。
b) 否则这是一条与当前逻辑时钟不符合的消息,那么说明在另一个选举过程中已经有了选举结果,于是将该选举结果加入到outofelection集合中,再根据outofelection来判断是否可以结束选举,如果可以也是保存逻辑时钟,设置选举状态,退出选举过程。