官网：https://zookeeper.apache.org/
学习视频：https://www.bilibili.com/video/BV1to4y1C7gw（入门到31集）
xmind：
Zookeeper从入门到精通.xmind
pdf：
08_尚硅谷技术之Zookeeper（源码解析）V3.3.pdf
08_尚硅谷技术之ZookeeperV3.3.pdf
随堂笔记.pdf

一、Zookeeper入门

1.介绍

Zookeeper 是一个开源的分布式的，为分布式框架提供协调服务的 Apache 项目。

2、zookeeper工作机制

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，然后接受观察者的注册，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。

3、zookeeper的特点

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。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。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）更新请求顺序执行，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。
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4、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。
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5、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

在分布式环境下，经常需要对应用/服 务进行统一命名，便于识别。 例如：IP不容易记住，而域名容易记住。
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统一配置管理

1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。
（1）一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是 一致的，比如 Kafka 集群。
（2）对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个 节点上。
2）配置管理可交由ZooKeeper实现。
（1）可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。
（2）各个客户端服务器监听这个Znode。
（3）一 旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知 各个客户端服务器。
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统一集群管理

1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。
（1）可根据节点实时状态做出一些调整。
2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化
（1）可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
（2）监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。
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服务器节点动态上下线

客户端能实时洞察到服务 器上下线的变化

image.png软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求
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二、安装

1、准备

（1）安装 JDK
（2）拷贝 apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz 安装包到 Linux 系统下
（3）解压到指定目录 tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz -C /opt/module/

2、配置修改

（1）将apache-zookeeper-3.5.7-bin/conf 这个路径下的 zoo_sample.cfg 修改为 zoo.cfg；
mv zoo_sample.cfg zoo.cfg
（2）打开 zoo.cfg 文件，修改 dataDir 路径
vim zoo.cfg
修改如下内容：
dataDir=解压路径/apache-zookeeper-3.5.7-bin/zkData
（3）在 解压路径/apache-zookeeper-3.5.7-bin/这个目录上创建 zkData 文件

3、操作zookeeper

（1）启动 Zookeeper bin/zkServer.sh start
（2）查看进程是否启动 jps -l
（3）查看状态 bin/zkServer.sh status
（4）启动客户端 bin/zkCli.sh
（5）退出客户端： quit
（6）停止 Zookeeper bin/zkServer.sh stop

4、zoo.conf的配置解读

1）tickTime = 2000：通信心跳时间，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒
2）initLimit = 10：LF初始通信时限 Leader和Follower初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量）
3）syncLimit = 5：LF同步通信时限 Leader和Follower之间通信时间如果超过syncLimit * tickTime，Leader认为 Follwer死 掉，从服务器列表中删除Follwer。
4）dataDir：保存Zookeeper中的数据 注意：默认的tmp目录，容易被Linux系统定期删除，所以一般不用默认的tmp目录。
5）clientPort = 2181：客户端连接端口，通常不做修改。

三、集群

1、安装查看最上方pdf

08_尚硅谷技术之ZookeeperV3.3.pdf

2、选举机制（面试重点）

基本概念：
SID：服务器ID。用来唯一标识一台 ZooKeeper集群中的机器，每台机器不能重 复，和myid一致。
ZXID：事务ID。ZXID是一个事务ID，用来 标识一次服务器状态的变更。在某一时刻， 集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一 致，这和ZooKeeper服务器对于客户端“更 新请求”的处理逻辑有关。
Epoch：每个Leader任期的代号。没有 Leader时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
情况一 第一次启动
image.png
（1）服务器1启 动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为 LOOKING；
（2）服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的（服务器1） 大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING
（3）服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服 务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；
（4）服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为 1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；
（5）服务器5启动，同4一样当小弟。
情况二 非第一次启动
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（1）当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入Leader选举：
• 服务器初始化启动。
• 服务器运行期间无法和Leader保持连接。
（2）而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态：
• 集群中本来就已经存在一个Leader。 对于第一种已经存在Leader的情况，机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和Leader机器建立连 接，并进行状态同步即可。
• 集群中确实不存在Leader。 假设ZooKeeper由5台服务器组成，SID分别为1、2、3、4、5，ZXID分别为8、8、8、7、7，并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻， 3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。
（EPOCH，ZXID，SID ）（EPOCH，ZXID，SID ）（EPOCH，ZXID，SID ）
SID为1、2、4的机器投票情况：（1，8，1） （1，8，2） （1，7，4）
选举Leader规则： ①EPOCH大的直接胜出 ②EPOCH相同，事务id大的胜出 ③事务id相同，服务器id大的胜出

3、客户端操作命令

1）查看当前znode中所包含的内容 ls /

2）查看当前节点详细数据 ls -s /

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（1）czxid：创建节点的事务 zxid
每次修改 ZooKeeper 状态都会产生一个 ZooKeeper 事务 ID。事务 ID 是 ZooKeeper 中所 有修改总的次序。每次修改都有唯一的 zxid，如果 zxid1 小于 zxid2，那么 zxid1 在 zxid2 之 前发生。
（2）ctime：znode 被创建的毫秒数（从 1970 年开始）
（3）mzxid：znode 最后更新的事务 zxid
（4）mtime：znode 最后修改的毫秒数（从 1970 年开始）
（5）pZxid：znode 最后更新的子节点 zxid
（6）cversion：znode 子节点变化号，znode 子节点修改次数
（7）dataversion：znode 数据变化号
（8）aclVersion：znode 访问控制列表的变化号
（9）ephemeralOwner：如果是临时节点，这个是 znode 拥有者的 session id。如果不是 临时节点则是 0。 （10）dataLength：znode 的数据长度
（11）numChildren：znode 子节点数量

3）创建节点

持久（Persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
短暂（Ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除
（1）持久化目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
create /sanguo “diaochan”
（2）持久化顺序编号目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存 在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
create -s /sanguo/weiguo/zhangliao “zhangliao”
（3）临时目录节点
客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除
create -e /sanguo/wuguo “zhouyu”
（4）临时顺序编号目录节点
客户端与 Zookeeper 断开连接后 ， 该节点被删除 ， 只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号。
create -e -s /sanguo/wuguo “zhouyu”

4）获得节点的值 get -s /sanguo

5）修改节点数据值 set /sanguo/weiguo “simayi”

6） 删除节点 delete /sanguo/jin

7）递归删除节点 deleteall /sanguo/shuguo

8） 查看节点状态 stat /sanguo

四、客户端API操作

1、创建工程查看pdf

08_尚硅谷技术之ZookeeperV3.3.pdf

2、 监听器原理

客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、节点删除、子目 录节点增加删除）时，ZooKeeper 会通知客户端。监听机制保证 ZooKeeper 保存的任何的数 据的任何改变都能快速的响应到监听了该节点的应用程序。
image.png

监听原理详解

1）首先要有一个main()线程
2）在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线 程，一个负责网络连接通信（connet），一个负责监听（listener）。
3）通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper。
4）在Zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中。
5）Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程。
6）listener线程内部调用了process()方法。

常见的监听

1）监听节点数据的变化 get path [watch]
2）监听子节点增减的变化 ls path [watch]

3、创建实例

  1. //建立连接
  2. ZooKeeper zooKeeper=null;
  3. try {
  4.     zooKeeper= new ZooKeeper("10.228.141.64:2181", 2000, new Watcher() {
  5.         @Override
  6.         public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
  8.         }
  9.     });
  10.     } 
  11. catch (IOException e) {
  12.     e.printStackTrace();
  13. }
  14. //创建节点
  15. String node = zooKeeper.create("/sanguo3", "test-a".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

4、监控服务器上下线demo

  1. package com.mongo.test.zktest;
  3. import org.apache.zookeeper.*;
  5. import java.io.IOException;
  7. public class DistributionServer {
  8.     private ZooKeeper zooKeeper=null;
  10.     public static void main(String[] args) {
  11.         DistributionServer distributionServer = new DistributionServer();
  12.         distributionServer.createConnect();
  13.         distributionServer.registerServer(args[0],args[0]+"有n个节点");
  14.         try {
  15.             Thread.sleep(1000*60*60);
  16.         } catch (InterruptedException e) {
  17.             e.printStackTrace();
  18.         }
  19.     }
  22.     private void registerServer(String serverName,String serverContent){
  23.         try {
  24.             zooKeeper.create("/server/"+serverName,serverContent.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
  25.         } catch (KeeperException e) {
  26.             e.printStackTrace();
  27.         } catch (InterruptedException e) {
  28.             e.printStackTrace();
  29.         }
  30.     }
  31.     private void createConnect(){
  32.         try {
  33.             zooKeeper= new ZooKeeper("10.228.141.64:2181", 2000, new Watcher() {
  34.                 @Override
  35.                 public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
  37.                 }
  38.             });
  39.         } catch (IOException e) {
  40.             e.printStackTrace();
  41.         }
  42.     }
  43. }
  1. package com.mongo.test.zktest;
  3. import org.apache.zookeeper.KeeperException;
  4. import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
  5. import org.apache.zookeeper.Watcher;
  6. import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
  8. import java.io.IOException;
  9. import java.util.ArrayList;
  10. import java.util.List;
  12. public class DistributionClient {
  13.     private ZooKeeper zooKeeper=null;
  15.     public static void main(String[] args) {
  16.         DistributionClient distributionClient = new DistributionClient();
  17.         distributionClient.createConnect();
  18.         distributionClient.watchChlid();
  19.         try {
  20.             Thread.sleep(1000*60*60);
  21.         } catch (InterruptedException e) {
  22.             e.printStackTrace();
  23.         }
  25.     }
  28.     private void watchChlid(){
  29.         try {
  30.             List<String> children = zooKeeper.getChildren("/server", true);
  31.             List<String> server = new ArrayList<>();
  32.             for(String s:children){
  33.                 server.add(s);
  34.             }
  35.             System.out.println(children);
  36.         } catch (KeeperException e) {
  37.             e.printStackTrace();
  38.         } catch (InterruptedException e) {
  39.             e.printStackTrace();
  40.         }
  41.     }
  42.     private void createConnect(){
  43.         try {
  44.             zooKeeper= new ZooKeeper("10.228.141.64:2181", 2000, new Watcher() {
  45.                 @Override
  46.                 public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
  47.                     watchChlid();
  48.                 }
  49.             });
  50.         } catch (IOException e) {
  51.             e.printStackTrace();
  52.         }
  53.     }
  54. }

4、客户端向服务端写流程

（1） 写流程之写入请求直接发送给Leader节点
image.png
（2） 写流程之写入请求发送给follower节点
image.png

5、分布式锁案例

image.png
原生 Zookeeper 实现分布式锁案例 见pdf
08_尚硅谷技术之ZookeeperV3.3.pdf
Curator 是一个专门解决分布式锁的框架，解决了原生 JavaAPI 开发分布式遇到的问题。
Curator 官网：https://curator.apache.org/index.html 

  1. package com.mongo.test.zktest;
  4. public class CuratorLockTest {
  5.     private String rootNode = "/locks";
  6.     // zookeeper server 列表
  7.     private String connectString =
  8.             "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";
  9.     // connection 超时时间
  10.     private int connectionTimeout = 2000;
  11.     // session 超时时间
  12.     private int sessionTimeout = 2000;
  13.     public static void main(String[] args) {
  14.         new CuratorLockTest().test();
  15.     }
  16.     // 测试
  17.     private void test() {
  18.         // 创建分布式锁 1
  19.         final InterProcessLock lock1 = new
  20.                 InterProcessMutex(getCuratorFramework(), rootNode);
  21.         // 创建分布式锁 2
  22.         final InterProcessLock lock2 = new
  23.                 InterProcessMutex(getCuratorFramework(), rootNode);
  24.         new Thread(new Runnable() {
  25.             @Override
  26.             public void run() {
  27.                 // 获取锁对象
  28.                 try {
  29.                     lock1.acquire();
  30.                     System.out.println("线程 1 获取锁");
  31.                     // 测试锁重入
  32.                     lock1.acquire();
  33.                     System.out.println("线程 1 再次获取锁");
  34.                     Thread.sleep(5 * 1000);
  35.                     lock1.release();
  36.                     System.out.println("线程 1 释放锁");
  37.                     lock1.release();
  38.                     System.out.println("线程 1 再次释放锁");
  39.                 } catch (Exception e) {
  40.                     e.printStackTrace();
  41.                 }
  42.             }
  43.         }).start();
  44.         new Thread(new Runnable() {
  45.             @Override
  46.             public void run() {
  47.                 // 获取锁对象
  48.                 try {
  49.                     lock2.acquire();
  50.                     System.out.println("线程 2 获取锁");
  51.                     // 测试锁重入
  52.                     lock2.acquire();
  53.                     System.out.println("线程 2 再次获取锁");
  54.                     Thread.sleep(5 * 1000);
  55.                     lock2.release();
  56.                     System.out.println("线程 2 释放锁");
  57.                     lock2.release();
  58.                     System.out.println("线程 2 再次释放锁");
  59.                 } catch (Exception e) {
  60.                     e.printStackTrace();
  61.                 }
  62.             }
  63.         }).start();
  64.     }
  65.     // 分布式锁初始化
  66.     public CuratorFramework getCuratorFramework (){
  67.         //重试策略，初试时间 3 秒，重试 3 次
  68.         RetryPolicy policy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 3);
  69.         //通过工厂创建 Curator
  70.         CuratorFramework client =
  71.                 CuratorFrameworkFactory.builder()
  72.                         .connectString(connectString)
  73.                         .connectionTimeoutMs(connectionTimeout)
  74.                         .sessionTimeoutMs(sessionTimeout)
  75.                         .retryPolicy(policy).build();
  76.         //开启连接
  77.         client.start();
  78.         System.out.println("zookeeper 初始化完成...");
  79.         return client;
  80.     }
  81. }