深入浅出Zookeeper(一):概览

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版本 日期 备注
1.0 2020.1.29 文章首发
1.0.3 2020.3.29 修改标题

最近趁着假期看起了Zookeeper,顺手把笔记理上来。

Zookeeper是什么

这个可以通过官网来看https://zookeeper.apache.org/。第一眼看过去,我们就知道它是一个分布式协同系统。并且提供了一些分布式系统中较常用的功能:如配置管理、DNS服务、分布式协同和组成员管理。

为什么会有Zookeeper

Zookeeper最早是起源于雅虎研究院的一个研究小组。在当时,研究人员发现,在雅虎内部很多软件系统都需要依赖一个系统来协同。但是这样的系统往往都存在单点问题。基于这个背景,雅虎的开发者开发了Zookeeper——一个通用无单点问题的分布式协同服务系统。

目前很多的开源分布式系统都用了Zookeeper,比如Hadoop、Kafka、HBase等。

数据模型

Zookeeper使用文件系统模型。主要基于两点考虑:

  1. 文件系统的树形结构便于表达数据之间的层次关系
  2. 文件系统的树形结构便于为不同的应用分配独立的命名空间(namespace)

Zookeeper的这种层次模型称作DataTree。DataTree的每个节点叫作ZNode。不同于文件系统,每个节点都有一个版本,从0开始计数。

虽然整体风格是UNIX的,但是在API操作的部分细节有所不同:

  • ZNode的数据只支持全量写和读,不支持部分读写
  • 所有的API都是Wait-Free——即正在做的API不会影响其他的API

ZNode分类

在Zookeeper中,ZNode大致分为4类:

  • 持久性znode(persistent):集群或client宕机则也不会丢失
  • 临时性znode(ephemeral):client宕机或client在指定timeout时间内没有给zookeeper集群发消息,节点则会消失
  • 持久顺序性znode:除持久性,名字具备顺序性
  • 临时顺序性znode:无持久性,名字具备顺序性

相信有些同学已经想到了,根据现有的4种ZNode,调用者可以很方便的实现配置管理、DNS服务、分布式协同和组成员管理。

原理与实现

由于篇幅原因,在本篇中不会写具体的原理和细节。在这里仅仅抛出问题,在之后的文章中,我会一一解答。

Zookeeper如何存储数据

我们经常会听到“ZK适用于存储协同相关的关键数据,不适合用于大数量存储” 。那是为什么呢?由此,我们可以引出几个问题:

  • Zookeeper的数据存储是如何实现的?
  • Zookeeper进行一次写操作的时候,会发生什么?
  • Zookeeper进行一次读操作的时候,会发生什么?
  • 相比数据库(以MySQL为例)来说,其读放大、写放大、空间放大的优劣
  • 当一个Zookeeper新加入现有集群时,如何同步现集群中的数据?

Zookeeper的Session机制

在本文中,我们已经知道Zookeeper是一个分布式协同系统。在一个大型的分布式系统中,必然会有大量的Client来连接Zookeeper。那么Zookeeper是如何管理这些Session的生命周期呢?

Zookeeper的Watch机制

用过Zookeeper的同学都知道,Zookeeper提供了对ZNode Watch的API。那么它又是如何实现的呢?当其中一个ZkServer宕机时,Client重新连上时又会发生什么呢?

Zookeeper之ZAB协议

Zookeeper的一致性协议叫ZAB(Zookeeper Atomic Broadcast)。其原理更像一种2PC的变种,那么为什么不使用Paxos、Raft等一致性协议呢?相较前两者,使用ZAB协议带来的好处和坏处又是什么呢?

Zookeeper的角色

在Zookeper中,角色分为:Leader、Follower、Observer。每一个角色是如何响应Client的请求的?如何确认彼此的存活?Leader的选举又是怎么进行的?

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