一、Zookeeper简介
1.什么是Zookeeper
Apache Zookeeper是一个开源的分布式服务框架，为分布式应用提供协调服务，用来解决分布式应用中的数据管理问题，如：配置管理、域名服务、分布式同步、集群管理等。
概念：
- 分布式
将一个大型应用的不同业务部署在不同的服务器上，解决高并发的问题 - 集群
将同一个业务部署在多台服务器上，提高系统的高可用性
2.Zookeeper组成
主要包括两部分：文件系统、通知机制
2.1 文件系统
Zookeeper维护一个类似Linux文件系统的数据结构，用于存储数据
- 数据结构是一种树形结构，由许多个节点构成
- 每个节点叫做ZNode（Zookeeper Node）
- 每个节点对应唯一路径，通过该路径标识节点，如/app1/p_2
- 每个节点只能存储大约1M的数据
节点类型有四种：
- 持久化目录节点 persistent
客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在 - 持久化顺序编号目录节点 persistent_sequential
客户端与服务器断开连接，该节点仍然存在，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002.... - 临时目录节点 ephemeral
客户端与服务器断开连接，该节点会被删除 - 临时顺序编号目录节点 ephemeral_sequential
客户端与服务器断开连接，该节点会被删除，此时节点会被顺序编号，如：000001、000002....
2.2 通知机制
Zookeeper是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架
1.Zookeeper负责管理和维护项目的公共数据，并接受观察者的注册（订阅）
2.一旦这些数据发生了变化，Zookeeper就会通知已注册的观察者
3.此时观察者就可以做出相应的反应
简单来说就是客户端注册监听它所关注的目录节点，当该目录节点发生变化时，Zookeeper就会通知客户端。
Zookeeper是一个订阅中心（注册中心）
3.应用场景
3.1 配置管理
场景：集群环境、服务器的许多配置都是相同的，如：数据库连接信息，当需要修改这些配置时必须同时修改每一台服务器，很麻烦。
解决：把这些配置全部放在Zookeeper上，保存在Zookeeper的某一个目录节点中，然后所有的应用程序（客户端）对这个节点进行监视（Watch），一旦配置信息发生了变化，Zookeeper会通知每一个客户端，然后从Zookeeper获取新的配置信息，并应用到系统中。
3.2 集群管理
场景：集群环境下，如何知到有多少台机器在工作？是否有机器退出或加入？需要选举一个总管master，让总管来管理集群
解决：在父目录GroupMembers下为所有机器创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点的变化，一旦有机器挂了，该机器与Zookeeper的连接断开，其所创建的临时目录节点会被删除，此时所有机器都会收到通知。当有新机器加入时也是同样的道理。
选举master：为所有机器创建临时顺序编号目录节点，给每台机器编号，然后每次选取编号最小的机器作为master
3.3 负载均衡
Zookeeper本身是不提供负载均衡策略的，需要自己实现，所以准确的说，是在负载均衡中使用了Zookeeper来做集群的协调（也称为软负载均衡）
实现思路：
1.将Zookeeper作为服务的注册中心，所有服务器在启动时向注册中心进行登记自己所能提供的服务。
2.当服务的调用者到注册中心获取能够提供需要的服务的服务器列表，然后自己会根据负载均衡算法，从中选取一台服务器进行连接。
3.当服务器的列表发生变化时，如：某台服务器宕机了，或有新机器加入，Zookeeper会通知调用者重新获取服务器列表
实际上就是利用了Zookeeper的文件系统和通知机制的特性。将Zookeeper作为服务的注册和变更的通知中心。
二、Zookeeper安装
1.安装
Zookeeper一般运行在Linux平台
步骤：
1.1 解压zookeeper安装包
tar -zxf zookeeper-3.4.6.tar.gz
1.2 配置
// 创建存放数据文件的目录
cd zookeeper
mkdir data
//指定服务器的编号
vi myid
//创建配置文件
cd conf
//默认使用zoo.cfg，名称固定
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
//修改配置文件
vim zoo.cfg
dataDir=../data //指定数据的存放目录
1.3 启动zookeeper
cd bin
./zkServer.sh start | stop |status | restart //启动|停止|查看状态|重启
1.4 客户端连接Zookeeper
//启动客户端，默认连接本机的2181端口
./zkCli.sh
或
//连接指定主机、指定端口的Zookeeper
./zkCli.sh -server 服务器地址:端口号
//退出客户端
quit
2. 配置文件
三、客户端操作
1.常用命令
2.详解
2.1 ls2 查看指定节点的详细信息
[zookeeper] //子节点名称数组
------------------节点的状态信息，也成为stat结构体--------------------
//创建该znode的事务的zxid(Zookeeper Transaction ID)
//事务ID是Zookeeper为每次更新操作/事务操作分配一个全局唯一的id，表示//zxid，值越小越先被执行
cZxid = 0x0 //0x0表示十六进制数0
//创建的时间
ctime = Wed Dec 31 16:00:00 PST 1969
//最后一次更新的zxid
mZxid = 0x0
//最后一次更新的时间
mtime = Wed Dec 31 16:00:00 PST 1969
//最后一次更新的子节点的zxid
pZxid = 0x0
//子节点的变化号，表示子节点被修改的次数，-1表示从未被修改过
cversion = -1
//当前节点的变化号，0表示从未被修改过
dataVersion = 0
//访问控制列表的变化号 access control list
aclVersion = 0
//如果是临时节点，表示当前节点的拥有者的sessionId
//如果不是临时节点，则值为0
ephemeralOwner = 0x0
//数据长度
dataLength = 0
numChildren = 1 //子节点的数量
顺序编号节点：
- 顺序编号会紧跟在节点名称后面，节点最终的名称为：节点名+序号，如：/test0000000005
- 顺序编号是递增的计数器
- 顺序编号是由父节点维护，从已有的子节点的个数开始（包括临时节点和被删除的节点）
- 如果子节点为空，则从0000000000开始，依次递增1
- 在分布式系统中，顺序编号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端就可以根据序号推断事件的顺序
四、Zookeeper集群
1.配置集群
步骤：
1.准备多台Zookeeper服务器
-
2.配置Zookeeper服务器
在每台服务器的conf/zoo.cfg文件中添加内容：
server.1=192.168.254.128:2881:3881 server.2=192.168.254.128:2882:3882 server.3=192.168.254.128:2883:3883格式：server.A=B:C:D
A：这台服务器的编号，ID是一个数字
B：服务器的IP地址或域名
C：这台服务器与集群中的另一台服务器的Leader交换信息时使用的端口
D：执行选举Leader服务器时互相通信的端口
-
3.创建myid配置文件
在集群环境下，需要在
data目录中创建一个名为myid的文件，文件内容是当前服务器的ID，即上面的Acd data echo A的值 > myidZookeeper启动时会读取这个文件，将里面的数字与
zoo.cfg中配置的server.A进行比较，从而判断这台服务器是哪一个 -
4.测试集群环境
启动所有的Zookeeper服务器
此时在某台服务器上执行了某操作，在其他服务器上也会生效
2.集群特性
- 一个Zookeeper集群中，有一个领导者Leader和多个跟随者Follower
- Leader负责投票的发起和决议，更新系统状态
- Follower用于接收客户端的请求并向客户端返回结果，在选举Leader的过程中会参与投票
- 半数机制：集群中只要有半数以上的节点存活，集群就能正常工作，所以一般集群中的服务器个数都是为奇数
- 全局数据一致：集群中每台服务器保存着相同数据副本，不论客户端连接的是哪个服务器，最终获得的数据都是相同的
- 更新请求顺序执行：来自同一个客户端的更新请求，按其发送顺序依次执行
- 数据更新的原子性：一次数据更新，要么成功，要么失败
- 实时性：在一定时间范围内，客户端能够读取到最新的数据
3.选举机制
Zookeeper在提供选举机制时会自动选举一个节点服务器作为Leader，其他节点都是Follower
选举流程：
- 1.Server1启动，给自己投票，然后发送投票信息，由于其他服务器还没有启动，所以它发出的消息是收不到任何反馈的，此时Server1为Looking状态
- 2.Server2启动，给自己投票，同时与Server1通信交换选举结果，由于Server2的id值较大，所以Server2胜出，但由于投票数没有过半，此时Server1和Server2都为Looking状态
- 3.Server3启动，给自己投票，同时与Server1和Server2通信交换选举结果，由于Server3的id值较大，所以Server3胜出，由于此时票数已经过半，所以Server3为Leader，Server1和Server2为Follower
- 4.Server4启动，给自己投票，同时与Server1、Server2、Server3通信交换选举结果，尽管Server4的id较大，但是由于集群中已经存在Leader，所以Server4也为Follower
- 5.Server5启动，同Server4类似，只能为Follower
总结：
- 1.每个服务器在启动时都会为自己投票，并将信息发出
- 2.服务器的ID越大，在选择算法中权重就越大
- 3.投票数必须过半才能选出Leader
- 4.谁是Leader：启动顺序的前集群数/2+1个服务器中ID值最大的会称为Leader
4.监听机制
4.1 监听节点值的变量
在集群的A服务器，监听某个节点值的变化
get /yyy watch
在集群中的B服务器，修改对应的节点的值
set /yyy myyyy
此时A服务器会收到事件 NodeDataChanged
WATCHER::WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/aaa
监听Watch事件是一个一次性的触发器，当数据改变时只会触发一次，如果以后这个数据再发生改变，则不会再次触发
4.2 监听节点的子节点的变化
在集群的A服务器，监听节点的某个子节点的变化
ls /aaa watch
在集群的B服务器，创建/修改/删除对应节点的子节点
create /aaa/hello hello
此时A服务器会收到事件NodeChildrenChanged
WATCHER::WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/aaa
五、Java访问Zookeeper
1.添加jar包
<!--zookeeper客户端-->
<dependency>
<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
<artifactId>zookeeper</artifactId>
<version>3.4.6</version>
</dependency>
2.操作zookeeper
public class HelloZookeeper {
public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
//获取Zookeeper连接，即创建Zookeeper客户端
String connectString = "192.168.254.128"; //zookeeper服务器的地址
int sessionTimeout = 3000; //超时时间，单位ms
Watcher watcher = new MyWatcher();
ZooKeeper zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watcher);
// System.out.println(zkClient.getState());
/**
* 操作zookeeper
*/
//获取Zookeeper下的节点
// List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);//第二个参数表示是否监视该节点
// for (String child : children) {
// System.out.println(child);
// }
//创建节点
// OPEN_ACL_UNSAFE表示acl权限列表完全开放
//PERSISTENT表示节点类型为持久化节点
// zkClient.create("/world","世界".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
//获取节点的数据(包括节点的值和节点状态)
// byte[] data = zkClient.getData("/world", true, null);
// System.out.println(new String(data));
Stat stat = new Stat();
// byte[] data = zkClient.getData("/world", true, stat);
// byte[] data = zkClient.getData("/world", new DataWatcher(), stat);
// System.out.println(new String(data));
// System.out.println(stat.getCtime());
// System.out.println(stat.getCversion());
// System.out.println(stat.getDataLength());
// System.out.println(stat);
//修改节点的数据
//第三个参数表示当前节点的数据版本
//一般都是先获取节点的状态
// zkClient.setData("/world","世界".getBytes(),stat.getVersion());
//也可以将版本设置为-1，表示不检测版本
// zkClient.setData("/world","世界".getBytes(),-1);
//删除节点
// zkClient.delete("/aaa",-1);
//判断节点是否存在
// System.out.println(zkClient.exists("/hello",false)); //如果节点存在返回节点的stat，不存在返回null
//休眠
// Thread.sleep(1000000);
//关闭连接
zkClient.close();
}
}
