本文介绍了Zookeeper的主要特性，包括集群构成、数据一致性等。详细阐述了其层次化的数据结构，节点的两种类型：短暂（ephemeral）和持久（persistent）。此外，还讲解了Zookeeper的命令行操作，如创建、删除、获取和设置节点数据。进一步，文章讨论了Zookeeper的API应用，展示了如何创建、读取、更新和删除节点。最后，文中探讨了Zookeeper的监听器机制，并给出了分布式应用HA和分布式锁的实现案例。
1.zookeeper特性
1、Zookeeper：一个leader，多个follower组成的集群
2、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
3、分布式读写，更新请求转发，由leader实施
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
2.zookeeper数据结构
1、层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范(见下图)
2、每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识
3、节点Znode可以包含数据和子节点（但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点，下一页详细讲解）
4、客户端应用可以在节点上设置监视器（后续详细讲解）
数据结构的图
3.节点类型
1、Znode有两种类型：
短暂（ephemeral）（断开连接自己删除）
持久（persistent）（断开连接不删除）
2、Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）
PERSISTENT
PERSISTENT_SEQUENTIAL（持久序列/test0000000019 ）
EPHEMERAL
EPHEMERAL_SEQUENTIAL
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
4.zookeeper命令行操作
运行 zkCli.sh –server <ip>进入命令行工具
1、使用 ls 命令来查看当前 ZooKeeper 中所包含的内容：
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 1] ls /
2、创建一个新的 znode ，使用 create /zk myData 。这个命令创建了一个新的 znode 节点“ zk ”以及与它关联的字符串：
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 2] create /zk "myData“
3、我们运行 get 命令来确认 znode 是否包含我们所创建的字符串：
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 3] get /zk
#监听这个节点的变化,当另外一个客户端改变/zk时,它会打出下面的
#WATCHER::
#WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/zk
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] get /zk watch
4、下面我们通过 set 命令来对 zk 所关联的字符串进行设置：
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 4] set /zk "zsl“
5、下面我们将刚才创建的 znode 删除：
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5] delete /zk
6、删除节点：rmr
[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5] rmr /zk
5. zookeeper-api应用
org.apache.zookeeper.Zookeeper是客户端入口主类，负责建立与server的会话
它提供了表 所示几类主要方法 ：
|
功能 |
描述 |
|
create |
在本地目录树中创建一个节点 |
|
delete |
删除一个节点 |
|
exists |
测试本地是否存在目标节点 |
|
get/set data |
从目标节点上读取 / 写数据 |
|
get/set ACL |
获取 / 设置目标节点访问控制列表信息 |
|
get children |
检索一个子节点上的列表 |
|
sync |
等待要被传送的数据 |
demo增删改查
public class SimpleDemo {
// 会话超时时间，设置为与系统默认时间一致
private static final int SESSION_TIMEOUT = 30000;
// 创建 ZooKeeper 实例
ZooKeeper zk;
// 创建 Watcher 实例
Watcher wh = new Watcher() {
public void process(org.apache.zookeeper.WatchedEvent event)
{
System.out.println(event.toString());
}
};
// 初始化 ZooKeeper 实例
private void createZKInstance() throws IOException
{
zk = new ZooKeeper("weekend01:2181", SimpleDemo.SESSION_TIMEOUT, this.wh);
}
private void ZKOperations() throws IOException, InterruptedException, KeeperException
{
System.out.println("/n1. 创建 ZooKeeper 节点 (znode ： zoo2, 数据： myData2 ，权限： OPEN_ACL_UNSAFE ，节点类型： Persistent");
zk.create("/zoo2", "myData2".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println("/n2. 查看是否创建成功： ");
System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", false, null)));
System.out.println("/n3. 修改节点数据 ");
zk.setData("/zoo2", "shenlan211314".getBytes(), -1);
System.out.println("/n4. 查看是否修改成功： ");
System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", false, null)));
System.out.println("/n5. 删除节点 ");
zk.delete("/zoo2", -1);
System.out.println("/n6. 查看节点是否被删除： ");
System.out.println(" 节点状态： [" + zk.exists("/zoo2", false) + "]");
}
private void ZKClose() throws InterruptedException
{
zk.close();
}
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
SimpleDemo dm = new SimpleDemo();
dm.createZKInstance();
dm.ZKOperations();
dm.ZKClose();
}
}
6.Zookeeper的监听器工作机制
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
7.zookeeper应用案例（分布式应用HA||分布式锁）
（1）实现分布式应用的(主节点HA)及客户端动态更新主节点状态
某分布式系统中，主节点可以有多台，可以动态上下线，任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线
A、客户端实现
public class AppClient {
private String groupNode = "sgroup";
private ZooKeeper zk;
private Stat stat = new Stat();
private volatile List<String> serverList;
/**
* 连接zookeeper
*/
public void connectZookeeper() throws Exception {
zk
= new ZooKeeper("localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182", 5000, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
// 如果发生了"/sgroup"节点下的子节点变化事件, 更新server列表, 并重新注册监听
if (event.getType() == EventType.NodeChildrenChanged
&& ("/" + groupNode).equals(event.getPath())) {
try {
updateServerList();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
updateServerList();
}
/**
* 更新server列表
*/
private void updateServerList() throws Exception {
List<String> newServerList = new ArrayList<String>();
// 获取并监听groupNode的子节点变化
// watch参数为true, 表示监听子节点变化事件.
// 每次都需要重新注册监听, 因为一次注册, 只能监听一次事件, 如果还想继续保持监听, 必须重新注册
List<String> subList = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
for (String subNode : subList) {
// 获取每个子节点下关联的server地址
byte[] data = zk.getData("/" + groupNode + "/" + subNode, false, stat);
newServerList.add(new String(data, "utf-8"));
}
// 替换server列表
serverList = newServerList;
System.out.println("server list updated: " + serverList);
}
/**
* client的工作逻辑写在这个方法中
* 此处不做任何处理, 只让client sleep
*/
public void handle() throws InterruptedException {
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
AppClient ac = new AppClient();
ac.connectZookeeper();
ac.handle();
}
}
B、服务器端实现
public class AppServer {
private String groupNode = "sgroup";
private String subNode = "sub";
/**
* 连接zookeeper
* @param address server的地址
*/
public void connectZookeeper(String address) throws Exception {
ZooKeeper zk = new ZooKeeper(
"localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182",
5000, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
// 不做处理
}
});
// 在"/sgroup"下创建子节点
// 子节点的类型设置为EPHEMERAL_SEQUENTIAL, 表明这是一个临时节点, 且在子节点的名称后面加上一串数字后缀
// 将server的地址数据关联到新创建的子节点上
String createdPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, address.getBytes("utf-8"),
Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
System.out.println("create: " + createdPath);
}
/**
* server的工作逻辑写在这个方法中
* 此处不做任何处理, 只让server sleep
*/
public void handle() throws InterruptedException {
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 在参数中指定server的地址
if (args.length == 0) {
System.err.println("The first argument must be server address");
System.exit(1);
}
（2）分布式共享锁的简单实现
客户端A
public class DistributedClient {
// 超时时间
private static final int SESSION_TIMEOUT = 5000;
// zookeeper server列表
private String hosts = "localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182";
private String groupNode = "locks";
private String subNode = "sub";
private ZooKeeper zk;
// 当前client创建的子节点
private String thisPath;
// 当前client等待的子节点
private String waitPath;
private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
/**
* 连接zookeeper
*/
public void connectZookeeper() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(hosts, SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
try {
// 连接建立时, 打开latch, 唤醒wait在该latch上的线程
if (event.getState() == KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown();
}
// 发生了waitPath的删除事件
if (event.getType() == EventType.NodeDeleted && event.getPath().equals(waitPath)) {
doSomething();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 等待连接建立
latch.await();
// 创建子节点
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// wait一小会, 让结果更清晰一些
Thread.sleep(10);
// 注意, 没有必要监听"/locks"的子节点的变化情况
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, false);
// 列表中只有一个子节点, 那肯定就是thisPath, 说明client获得锁
if (childrenNodes.size() == 1) {
doSomething();
} else {
String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());
// 排序
Collections.sort(childrenNodes);
int index = childrenNodes.indexOf(thisNode);
if (index == -1) {
// never happened
} else if (index == 0) {
// inddx == 0, 说明thisNode在列表中最小, 当前client获得锁
doSomething();
} else {
// 获得排名比thisPath前1位的节点
this.waitPath = "/" + groupNode + "/" + childrenNodes.get(index - 1);
// 在waitPath上注册监听器, 当waitPath被删除时, zookeeper会回调监听器的process方法
zk.getData(waitPath, true, new Stat());
}
}
}
private void doSomething() throws Exception {
try {
System.out.println("gain lock: " + thisPath);
Thread.sleep(2000);
// do something
} finally {
System.out.println("finished: " + thisPath);
// 将thisPath删除, 监听thisPath的client将获得通知
// 相当于释放锁
zk.delete(this.thisPath, -1);
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
try {
DistributedClient dl = new DistributedClient();
dl.connectZookeeper();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}.start();
}
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
}
AppServer as = new AppServer();
as.connectZookeeper(args[0]);
as.handle();
}
}
分布式多进程模式实现：
public class DistributedClientMy {
// 超时时间
private static final int SESSION_TIMEOUT = 5000;
// zookeeper server列表
private String hosts = "spark01:2181,spark02:2181,spark03:2181";
private String groupNode = "locks";
private String subNode = "sub";
private boolean haveLock = false;
private ZooKeeper zk;
// 当前client创建的子节点
private volatile String thisPath;
/**
* 连接zookeeper
*/
public void connectZookeeper() throws Exception {
zk = new ZooKeeper("spark01:2181", SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
try {
// 子节点发生变化
if (event.getType() == EventType.NodeChildrenChanged && event.getPath().equals("/" + groupNode)) {
// thisPath是否是列表中的最小节点
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());
// 排序
Collections.sort(childrenNodes);
if (childrenNodes.indexOf(thisNode) == 0) {
doSomething();
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 创建子节点
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// wait一小会, 让结果更清晰一些
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
// 监听子节点的变化
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
// 列表中只有一个子节点, 那肯定就是thisPath, 说明client获得锁
if (childrenNodes.size() == 1) {
doSomething();
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
/**
* 共享资源的访问逻辑写在这个方法中
*/
private void doSomething() throws Exception {
try {
System.out.println("gain lock: " + thisPath);
Thread.sleep(2000);
// do something
} finally {
System.out.println("finished: " + thisPath);
// 将thisPath删除, 监听thisPath的client将获得通知
// 相当于释放锁
zk.delete(this.thisPath, -1);
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DistributedClientMy dl = new DistributedClientMy();
dl.connectZookeeper();
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
}
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