分布式服务框架 Zookeeper

hyadijxp

　　zookeeper介绍
zookeeper是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，它是开源的Hadoop项目中的一个子项目，主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等
　　
zookeeper安装和使用
Zookeeper 的安装非常简单，下面将从单机模式和集群模式两个方面介绍 Zookeeper 的安装和配置。


单机模式
　　单机安装只要下载Zookeeper 的压缩包（http://www.apache.org/dyn/closer.cgi/zookeeper/）并解压到某个目录如：/home/zookeeper-3.2.2 下，Zookeeper 的启动脚本在 bin 目录下，Linux 下的启动脚本是 zkServer.sh（在 3.2.2 这个版本 Zookeeper 没有提供 windows 下的启动脚本，所以要想在 windows 下启动 Zookeeper 要自己手工写一个，建议使用linux）。
　　在你执行启动脚本之前，还有几个基本的配置项需要配置一下，Zookeeper 的配置文件在 conf 目录下，这个目录下有 zoo_sample.cfg 和 log4j.properties，你需要做的就是将 zoo_sample.cfg 改名为 zoo.cfg，因为 Zookeeper 在启动时会找这个文件作为默认配置文件。下面详细介绍一下，这个配置文件中各个配置项的意义。
　　tickTime=2000
dataDir=/tmp/zookeeper
clientPort=2181

• tickTime：这个时间是作为 Zookeeper 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。
  
• dataDir：顾名思义就是 Zookeeper 保存数据的目录，默认情况下，Zookeeper 将写数据的日志文件也保存在这个目录里。
  
• clientPort：这个端口就是客户端连接 Zookeeper 服务器的端口，Zookeeper 会监听这个端口，接受客户端的访问请求。
  

　　当这些配置项配置好后，你现在就可以启动 Zookeeper 了，启动后要检查 Zookeeper 是否已经在服务，可以通过 netstat – ano 命令查看是否有你配置的 clientPort 端口号在监听服务。启动如下：

 

集群模式
　　Zookeeper 不仅可以单机提供服务，同时也支持多机组成集群来提供服务。实际上 Zookeeper 还支持另外一种伪集群的方式，也就是可以在一台物理机上运行多个 Zookeeper 实例，下面将介绍集群模式的安装和配置。
　　由于手上只有一台机器，所以我建了3个文件夹，如下
server1   server2   server3然后每个文件夹里面解压一个zookeeper的下载包，并且还建了几个文件夹，总体结构如下,最后那个是下载过来压缩包的解压文件
data dataLog logs zookeeper-3.4.6
那么首先进入data目录，创建一个myid的文件，里面写入一个数字，比如我这个是server1,那么就写一个1，server2对应myid文件就写入2，server3对应myid文件就写个3。Zookeeper 启动时会读取这个文件，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那个 server。
　　Zookeeper 的集群模式配置也不是很复杂，所要做的就是增加几个配置项。

tickTime=2000
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=xxxx/zookeeper/server1/data
dataLogDir=xxx/zookeeper/server1/dataLog
clientPort=2181
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890

• initLimit：这个配置项是用来配置 Zookeeper 接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接 Zookeeper 服务器的客户端，而是 Zookeeper 服务器集群中连接到 Leader 的 Follower 服务器）初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数。当已经超过 10 个心跳的时间（也就是 tickTime）长度后 Zookeeper 服务器还没有收到客户端的返回信息，那么表明这个客户端连接失败。总的时间长度就是 5*2000=10 秒
  
• syncLimit：这个配置项标识 Leader 与 Follower 之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个 tickTime 的时间长度，总的时间长度就是 2*2000=4 秒
  
• server.A=B：C：D：其中 A 是一个数字（就是我们上面写入myid的值），表示这个是第几号服务器；B 是这个服务器的 ip 地址；C 表示的是这个服务器与集群中的 Leader 服务器交换信息的端口；D 表示的是万一集群中的 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。如果是伪集群的配置方式，由于 B 都是一样，所以不同的 Zookeeper 实例通信端口号不能一样，所以要给它们分配不同的端口号。
  

　　进入zookeeper-3.4.6/bin 目录中，./zkServer.sh start启动一个server,这时会报大量错误？其实没什么关系，因为现在集群只起了1台server，zookeeper服务器端起来会根据zoo.cfg的服务器列表发起选举leader的请求，因为连不上其他机器而报错，那么当我们起第二个zookeeper实例后，leader将会被选出，从而一致性服务开始可以使用，这是因为3台机器只要有2台可用就可以选出leader并且对外提供服务(2n+1台机器，可以容n台机器挂掉)。

接下来就可以使用了，我们可以先通过 zookeeper自带的客户端交互程序来简单感受下zookeeper到底做一些什么事情。进入zookeeper-3.4.6/bin（3个server中任意一个）下，./zkCli.sh –server 127.0.0.1:2181,我连的是开着2181端口的机器。

　　那么，首先我们随便打个命令，因为zookeeper不认识，他会给出命令的help,如下图
　　

 ls(查看当前节点数据),
ls2(查看当前节点数据并能看到更新次数等数据) ,
create(创建一个节点) ,
get(得到一个节点，包含数据和更新次数等数据),
set(修改节点)
delete(删除一个节点)

通过上述命令实践，我们可以发现，zookeeper使用了一个类似文件系统的树结构，数据可以挂在某个节点上，可以对这个节点进行删改。另外我们还发现，当改动一个节点的时候，集群中活着的机器都会更新到一致的数据。

数据模型
　　Zookeeper 会维护一个具有层次关系的数据结构，它非常类似于一个标准的文件系统，如图 1 所示：
　　



　　Zookeeper 这种数据结构有如下这些特点：

• 每个子目录项如 NameService 都被称作为 znode，这个 znode 是被它所在的路径唯一标识，如 Server1 这个 znode 的标识为 /NameService/Server1
  
• znode 可以有子节点目录，并且每个 znode 可以存储数据，注意 EPHEMERAL 类型的目录节点不能有子节点目录
  
• znode 是有版本的，每个 znode 中存储的数据可以有多个版本，也就是一个访问路径中可以存储多份数据
  
• znode 可以是临时节点，一旦创建这个 znode 的客户端与服务器失去联系，这个 znode 也将自动删除，Zookeeper 的客户端和服务器通信采用长连接方式，每个客户端和服务器通过心跳来保持连接，这个连接状态称为 session，如果 znode 是临时节点，这个 session 失效，znode 也就删除了
  
• znode 的目录名可以自动编号，如 App1 已经存在，再创建的话，将会自动命名为 App2
  
• znode 可以被监控，包括这个目录节点中存储的数据的修改，子节点目录的变化等，一旦变化可以通知设置监控的客户端，这个是 Zookeeper 的核心特性，Zookeeper 的很多功能都是基于这个特性实现的。
  

如何使用
　　Zookeeper 作为一个分布式的服务框架，主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，它能提供基于类似于文件系统的目录节点树方式的数据存储，但是 Zookeeper 并不是用来专门存储数据的，它的作用主要是用来维护和监控你存储的数据的状态变化。通过监控这些数据状态的变化，从而可以达到基于数据的集群管理，这里先介绍一下，Zookeeper 的操作接口和简单使用示例。

基本操作
　　下面给出基本的操作 ZooKeeper 的示例代码，这样你就能对 ZooKeeper 有直观的认识了。下面的代码包括了创建与 ZooKeeper 服务器的连接以及最基本的数据操作：

// 创建一个与服务器的连接
ZooKeeper zk = new ZooKeeper("localhost:" + CLIENT_PORT,
ClientBase.CONNECTION_TIMEOUT, new Watcher() {
// 监控所有被触发的事件
public void process(WatchedEvent event) {
System.out.println("已经触发了" + event.getType() + "事件！");
}
});
// 创建一个目录节点
zk.create("/testRootPath", "testRootData".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.PERSISTENT);
// 创建一个子目录节点
zk.create("/testRootPath/testChildPathOne", "testChildDataOne".getBytes(),
Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println(new String(zk.getData("/testRootPath",false,null)));
// 取出子目录节点列表
System.out.println(zk.getChildren("/testRootPath",true));
// 修改子目录节点数据
zk.setData("/testRootPath/testChildPathOne","modifyChildDataOne".getBytes(),-1);
System.out.println("目录节点状态：["+zk.exists("/testRootPath",true)+"]");
// 创建另外一个子目录节点
zk.create("/testRootPath/testChildPathTwo", "testChildDataTwo".getBytes(),
Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
System.out.println(new String(zk.getData("/testRootPath/testChildPathTwo",true,null)));
// 删除子目录节点
zk.delete("/testRootPath/testChildPathTwo",-1);
zk.delete("/testRootPath/testChildPathOne",-1);
// 删除父目录节点
zk.delete("/testRootPath",-1);
// 关闭连接
zk.close();
　　输出结果：

已经触发了 None 事件！
testRootData
[testChildPathOne]
目录节点状态：[5,5,1281804532336,1281804532336,0,1,0,0,12,1,6]
已经触发了 NodeChildrenChanged 事件！
testChildDataTwo
已经触发了 NodeDeleted 事件！
已经触发了 NodeDeleted 事件！
　　当对目录节点监控状态打开时，一旦目录节点的状态发生变化，Watcher 对象的 process 方法就会被调用。

总结
　　Zookeeper 作为 Hadoop 项目中的一个子项目，是 Hadoop 集群管理的一个必不可少的模块，它主要用来控制集群中的数据，如它管理 Hadoop 集群中的 NameNode，还有 Hbase 中 Master Election、Server 之间状态同步等。我现在正在实践的Storm也用到了Zookeeper，不过相对hadoop，Storm给集群带来的压力小的多。