zookeeper疑问

jingshen

[size=0.9em]今年年初的时候，写了一篇ZooKeeper的入门文章《初识ZooKeeper》，一直到这一周，才有时间将ZooKeeper整个源码通读了一遍。不能说完全理解了ZooKeeper的工作原理与细节，但是之前心中一直关于ZooKeeper的疑问都得到了解释。
[size=0.9em]现在网上关于ZooKeeper的文章很多，有介绍Leader选举算法的，有介绍ZooKeeper Server内部原理的，还有介绍ZooKeeper Client的。本文不打算再写类似的内容，而专注与解答读者对ZooKeeper的相关疑问。

ZOOKEEPER在客户端究竟做了什么事情

[size=0.9em]使用过ZooKeeper的读者都知道，初始化客户端的代码如下：
[size=0.9em] 

System.out.println("Starting ZK:");
zk = new ZooKeeper(address, 3000, this);
System.out.println("Finished starting ZK: " + zk);



[size=0.9em] 
[size=0.9em]完成客户段的初始化之后，就可以对ZooKeeper进行相应的操作了：
[size=0.9em] 

if (zk != null) {
try {
Stat s = zk.exists(root, false);
if (s == null) {
zk.create(root, new byte[0], Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.PERSISTENT);
}
} catch (KeeperException e) {
System.out
.println("Keeper exception when instantiating queue: "
+ e.toString());
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Interrupted exception");
}
}



[size=0.9em] 
[size=0.9em]虽然上面的代码看起来简单明了，但是ZooKeeper的客户端在后台默默做了许多事情：
[size=0.9em]  1 与ZooKeeper服务端进行通信，包括：连接，发送消息，接受消息。
[size=0.9em]  2 发送心跳信息，保持与ZooKeeper服务端的有效连接与Session的有效性。
[size=0.9em]  3 错误处理，如果客户端当前连接的ZooKeeper服务端失效，自动切换到另一台有效的ZooKeeper服务端。
[size=0.9em]  4 管理Watcher，处理异常调用和Watcher。

WATCHER的事件通知机制是如何实现的

[size=0.9em]看过Google的分布式锁机制Chubby论文会发现，ZooKeeper中多了一个事件订阅机制：Watcher。那么Watcher内部究竟是如何实现的呢？
[size=0.9em]其实，在ZooKeeper客户端中，有一个成员变量（ZKWatchManager）专门负责管理所有的Watcher，当用户使用如下代码时：
[size=0.9em] 

List<String> list = zk.getChildren(path, watcher);



[size=0.9em] 
[size=0.9em]ZooKeeper会将这个Watcher存储在ZKWatchManager中，同时通知ZooKeeper服务器记录该Client对应的Session中的Path下注册的事件类型。当ZooKeeper服务器发生了指定的事件后，ZooKeeper服务器将通知ZooKeeper客户端，ZooKeeper客户端再从ZKWatchManager中找到对应的回调函数，并予以执行。
[size=0.9em]整个过程中，客户端存储事件的信息和Watcher的执行逻辑，服务端只存储事件的信息。

如何用好ZOOKEEPER客户端

[size=0.9em]每实例化一个ZooKeeper客户端，就开启了一个Session。ZooKeeper客户端是线程安全的，也可以认为它实现了连接池。
[size=0.9em]因此，每一个应用只需要实例化一个ZooKeeper客户端即可，同一个ZooKeeper客户端实例可以在不同的线程中使用。
[size=0.9em]除非你想同一个应用中开启多个Session，使用不同的Watcher，在这种情况下，才需要实例化多个ZooKeeper客户端。

ZOOKEEPER是否对ZNODE有大小限制

[size=0.9em]如果你仔细看过ZooKeeper的文档，会发现文档中对ZNode的大小做了限制，最大不能超过1M。
[size=0.9em]这个1M的大小限制在ZooKeeper的客户端和服务端都有限制：
[size=0.9em]客户端：
[size=0.9em] 

packetLen = Integer.getInteger("jute.maxbuffer", 4096 * 1024);
int len = incomingBuffer.getInt();
if (len < 0 || len >= packetLen) {
throw new IOException("Packet len" + len + " is out of range!");
}



[size=0.9em] 
[size=0.9em]服务端：
[size=0.9em] 

static public final int maxBuffer = determineMaxBuffer();
private static int determineMaxBuffer() {
String maxBufferString = System.getProperty("jute.maxbuffer");
try {
return Integer.parseInt(maxBufferString);
} catch(Exception e) {
return 0xfffff;
}
}
if (len < 0 || len > maxBuffer) {
throw new IOException("Unreasonable length = " + len);
}



[size=0.9em] 
[size=0.9em]可以看出，ZooKeeper确实对数据的大小有限制，默认就是1M，如果希望传输超过1M的数据，可以修改环境变量“jute.maxbuffer”即可。

为什么要限制ZOOKEEPER中ZNODE的大小

[size=0.9em]ZooKeeper是一套高吞吐量的系统，为了提高系统的读取速度，ZooKeeper不允许从文件中读取需要的数据，而是直接从内存中查找。
[size=0.9em]还句话说，ZooKeeper集群中每一台服务器都包含全量的数据，并且这些数据都会加载到内存中。同时ZNode的数据并支持Append操作，全部都是Replace。
[size=0.9em]所以从上面分析可以看出，如果ZNode的过大，那么读写某一个ZNode将造成不确定的延时;同时ZNode过大，将过快地耗尽ZooKeeper服务器的内存。这也是为什么ZooKeeper不适合存储大量的数据的原因。

如何提升ZOOKEEPER集群的性能

[size=0.9em]我们说性能，可以从两个方面去考虑：写入的性能与读取的性能。
[size=0.9em]由于ZooKeeper的写入首先需要通过Leader，然后这个写入的消息需要传播到半数以上的Fellower通过才能完成整个写入。所以整个集群写入的性能无法通过增加服务器的数量达到目的，相反，整个集群中Fellower数量越多，整个集群写入的性能越差。
[size=0.9em]ZooKeeper集群中的每一台服务器都可以提供数据的读取服务，所以整个集群中服务器的数量越多，读取的性能就越好。但是Fellower增加又会降低整个集群的写入性能。为了避免这个问题，可以将ZooKeeper集群中部分服务器指定为Observer。