掌握高并发、高可用架构
第三章 分布式
本章介绍分布式架构的底层技术。主要说明面试过程中可能被问到的技术点。
10年积累的
成都网站建设、做网站经验，可以快速应对客户对网站的新想法和需求。提供各种问题对应的解决方案。让选择我们的客户得到更好、更有力的网络服务。我虽然不认识你，你也不认识我。但先网站策划后付款的网站建设流程，更有
卓资免费网站建设让你可以放心的选择与我们合作。
第二节 Zookeeper
Zookeeper 分布式
1. Zookeeper是什么
Zookeeper是一个分布式的、开源的分布式应用程序协调服务。它是集群的管理者，监视着集群中各个节点的状态，并根据节点提交的反馈进行下一步合理的操作。
对于客户端的读操作，可以被集群中任意一台机器处理。如果读请求在节点上注册了监听器，这个监听器也是由所连接的机器来执行
对于客户端的写操作，这些请求会同时发给其他的zookeeper机器并达成一致后，请求才会返回成功
因此，随着集群机器的增多，读请求的吞吐会提高，而写请求的吞吐会下降
有序性是Zookeeper的另一个特点，所有的更新操作都是全局有序的；每个更新都有唯一的时间戳，称为zxid（Zookeeper Transaction Id）；而读请求只会相对于更新有序，也就是读请求的返回结果中会带有这个zookeeper的最新zxid
2. Zookeeper提供了什么
文件系统 和 通知机制
3. Zookeeper文件系统
Zookeeper提供了一个多层级的节点命名空间（节点称为znode）
与文件系统不同的是，它的每个节点都可以设置关联数据，而文件系统只有文件节点可以存放数据而目录节点不行
Zookeeper为了保证高吞吐和低延迟，在内存中维护了这个树状的目录结构，所以它不能存放大量的数据，每个节点的存放数据上限是1M
4. 四种类型的znode
PERSISTENT，持久化目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点依旧存在PERSISTENT_SEQUENTIAL，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EPHEMERAL，临时目录节点：客户端与Zookeeper断开连接后，该节点被删除EPHEMERAL_SEQUENTIAL，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
5. Zookeeper通知机制
客户端注册监听它关心的目录节点，会对该znode建立一个watcher事件，当该znode发生变化（数据删除、被删除、子目录节点增加删除等）时，Zookeeper会通知客户端
6. Zookeeper可以做什么
- 命名服务（利用文件系统的功能）：
命名服务是指通过指定的名字来获取资源或服务的地址，即利用Zookeeper创建一个全局的路径，也就是唯一的路径，这个路径可以作为一个名字，指向集群中的机器、提供服务的地址、一个远程对象等
- 配置管理（利用文件系统、通知机制）：
程序分布式的部署在不同的机器上，将程序的配置信息放在zookeeper的znode下，当配置发生变化时，也就是znode发生变化时，利用watcher通知各个客户端，从而更改配置
- 集群管理（文件系统、通知机制）：
所谓集群管理无非两点，是否有机器退出或加入、选举master
第一点，所有机器约定在父目录下创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化信息；如果有机器挂了，该机器就会与Zookeeper断开连接，其创建的临时目录就会删除，此时就会通知所有机器，有个兄弟机器挂了；同理，机器加入也是一样
第二点，所有机器创建临时顺序编号目录节点，每次都选取编号最小的机器作为master
- 分布式锁（文件系统、通知机制）：
有了Zookeeper的一致性文件系统，锁变得简单。锁服务可以分为两类：保持独占，控制时序
对于保持独占，我们将znode看作一把锁，通过createznode的方式来实现；所有客户端都去创建/distribute_lock节点，最终成功创建的那个客户端也就获取了这把锁，用完删掉/distribute_lock节点，即可释放锁
对于控制时序，/distribute_lock已经预先存在，所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点，和选举master一样，编号最小的获得锁，用完删除自己的临时顺序编号目录节点
- 队列管理（文件系统、通知机制）：
- 同步队列，只有队列成员都聚齐时才可用，否则一直等待：在约定目录下创建临时目录节点，查看监听节点的数量是否是我们要求的数量
- 队列按照FIFO方式进行入队和出队操作：和分布式锁的控制时序的基本原理一致，在特定目录下创建持久顺序编号目录节点，创建成功则Watcher通知等待的队列，删除最小号的节点用于消费
7. 获取分布式锁的过程
在分布式锁的场景下，会提前在Zookeeper中创建一个持久节点ParentLocker（名字叫什么都可以）
当客户端要获取锁时，需要在ParentLocker下创建一个临时顺序编号节点Locker-n，首先，查找ParentLocker下的所有临时子节点并排序，并且判断自己创建的Locker-n是不是顺序编号最小的，如果是，则临时节点Locker-n创建成功，也就是获取锁成功；如果不是最小的，此时找到排序仅比自己靠前的节点，向其注册监听Watcher，监听其是否存在（exist），也就是该客户端获取锁失败，进入等待；当前一个节点被删除时，客户端会收到通知，然后再次判断自己是不是最小的，如果是则获取锁成功，如果不是，则再重复以上步骤
8. Zookeeper的工作原理
Zookeeper的核心是原子广播，保证了各个Server之间的同步；实现这个机制的协议叫做Zab协议。Zab协议有两种模式，恢复模式（选主）和广播模式（同步）。当服务启动或者领导者崩溃后，Zab进入恢复模式；当选举了新的领导者，并且大多数Server和leader的状态同步完成之后，恢复模式就结束了。状态同步保证了leader和server之间有相同的系统状态
9. Zookeeper如何保证事务的一致性
采用递增的事务ID：zxid来标识，所有的proposal（提议）都会加上zxid。zxid是64位的数字，高32位是epoch，用来标识leader是否发生变化，如果是新选举的leader，则epoch会递增；低32位是递增计数的。当有新的proposal提出时，首先向其他server发出事务执行请求，如果有超过半数的机器都能执行且能够执行成功，然后才会开始执行
10. Zookeeper的Server工作状态
- LOOKING，当前server不知道leader是谁，正在搜索
- LEADING，当前server为leader
- FOLLOWING，普通server，与leader进行同步
11. Zookeeper是如何选举leader的
当leader崩溃或失去大多数follower，这时会进入恢复模式。选举算法有两种：一种是基于basic paxos实现的，一种是基于fast paxos实现的，默认是fast paxos。
basic paxos算法
a) 每个Server上的选举线程由当前Server发起选举的线程担任，主要职责是对各个投票结果进行统计，选举 出新的leader
b) 选举线程向所有Server发起一次询问（包括自己）
c) 选举线程收到回复后，验证是否是自己发出的询问（验证zxid是否一致），然后获取对方的myid，将之存储到当前询问的对象列表中，最后获取对方提议的leader相关信息（myid，zxid），存储到当次选举的投票记录中
d) 收到所有的Server回复后，计算出zxid大的Server，然后统计它的票数，如果它获得了n/2+1的Server票数，则设置为新的leader。否则，重新再次选举
通过该选举流程可以得出，要使leader获得多数Server的支持，Server的总数必须是奇数2n+1，且存活的Server数目不得少于n+1
fast paxos算法
在选举时，首先向所有Server提议自己要成为leader，当其他Server收到提议后，会进行PK（zxid大myid大的获胜），并回复同意还是拒绝，重复这个流程，就会选择出一个新的leader
12. 同步流程
选完leader后，进入同步流程
- leader等待server连接
- follower连接leader，将自己大的zxid发送给leader
- leader根据follower的zxid判断同步点
- 完成同步后通知follower已成为uptodate状态
- follower收到uptodate通知后，就可以接收客户端的请求了
13. Zookeeper的负载均衡和NGINX的负载均衡
zk的负载均衡可以调控，nginx只能调权重，其他的都要自己写插件，但是nginx的吞吐量比zk大得多
14. watch机制
一个watch事件是一个一次性的触发器，当被设置了watch的数据发生了变化时，服务器会将这个变化发送给设置了watch的客户端
- 数据发生改变时，一个watch event会被发送给客户端，但是只会发送一次
- watch event从server发送到client是异步的，只保证数据的最终一致性
- getData()、exists()设置数据监控，getChildren()设置子节点监控
- 注册watcher：getData、exists、getChildren
- 触发watcher：create、delete、setData
- setData()成功的话会触发当前znode的数据监控；create()成功的话会触发当前znode的数据监控，以及父节点的子节点监控；delete()成功的话会触发当前znode的数据监控和子节点监控（因为子节点也发生了变化），以及其父节点的子节点监控
- 当客户端与服务器断开连接后，是无法收到watch事件的，而当客户端重新连接后，如果有需要的话，之前注册的watch会被重新注册的
- Watch是轻量级的，其实就是本地的Callback（客户端创建连接时，
public Zookeeper(String connStr, int sessionTimeout, Watcher watcher)），服务器端只是存储了是否设置了watch的布尔变量
另外有需要云服务器可以了解下创新互联scvps.cn，海内外云服务器15元起步，三天无理由+7*72小时售后在线，公司持有idc许可证，提供“云服务器、裸金属服务器、高防服务器、香港服务器、美国服务器、虚拟主机、免备案服务器”等云主机租用服务以及企业上云的综合解决方案，具有“安全稳定、简单易用、服务可用性高、性价比高”等特点与优势，专为企业上云打造定制，能够满足用户丰富、多元化的应用场景需求。
分享名称：掌握之分布式-2.Zookeeper-创新互联
网站网址：
http://cdkjz.cn/article/dgchie.html
