Zookeeper

1)初识 Zookeeper

1.1)Zookeeper概念

•Zookeeper 是 Apache Hadoop 项目下的一个子项目，是一个树形目录服务。

•Zookeeper 翻译过来就是 动物园管理员，他是用来管 Hadoop（大象）、Hive(蜜蜂)、Pig(小 猪)的管理员。简称zk

•Zookeeper 是一个分布式的、开源的分布式应用程序的协调服务。

•Zookeeper 提供的主要功能包括：

•配置管理

•分布式锁

•集群管理

2)ZooKeeper 安装与配置

2.1) 下载安装

2.1.1、环境准备

ZooKeeper服务器是用Java创建的，它运行在JVM之上。需要安装JDK 7或更高版本。

2.1.2、上传

将下载的ZooKeeper放到/opt/ZooKeeper目录下

#上传zookeeper alt+p put f:/setup/apache-zookeeper-3.5.6-bin.tar.gz #打开 opt目录 cd /opt #创建zooKeeper目录 mkdir zooKeeper #将zookeeper安装包移动到 /opt/zooKeeper mv apache-zookeeper-3.5.6-bin.tar.gz /opt/zookeeper/

2.1.3、解压

将tar包解压到/opt/zookeeper目录下

tar -zxvf apache-ZooKeeper-3.5.6-bin.tar.gz

2.2) 配置启动

2.2.1、配置zoo.cfg

进入到conf目录拷贝一个zoo_sample.cfg并完成配置

#进入到conf目录 cd /opt/zooKeeper/apache-zooKeeper-3.5.6-bin/conf/ #拷贝 cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

修改zoo.cfg

#打开目录 cd /opt/zooKeeper/ #创建zooKeeper存储目录 mkdir zkdata #修改zoo.cfg vim /opt/zooKeeper/apache-zooKeeper-3.5.6-bin/conf/zoo.cfg

修改存储目录：dataDir=/opt/zookeeper/zkdata

2.2.2、启动ZooKeeper

cd /opt/zooKeeper/apache-zooKeeper-3.5.6-bin/bin/ #启动 ./zkServer.sh start

看到上图表示ZooKeeper成功启动

3、查看ZooKeeper状态

./zkServer.sh status

zookeeper启动成功。standalone代表zk没有搭建集群，现在是单节点

zookeeper没有启动

3)ZooKeeper 命令操作

3.1)Zookeeper命令操作数据模型

•ZooKeeper 是一个树形目录服务,其数据模型和Unix的文件系统目录树很类似，拥有一个层次化结构。

•这里面的每一个节点都被称为： ZNode，每个节点上都会保存自己的数据和节点信息。

• 节点可以拥有子节点，同时也允许少量（1MB）数据存储在该节点之下。

•节点可以分为四大类：

•PERSISTENT 持久化节点

•EPHEMERAL 临时节点 ：-e

•PERSISTENT_SEQUENTIAL 持久化顺序节点 ：-s

•EPHEMERAL_SEQUENTIAL 临时顺序节点 ：-es

3.2)Zookeeper命令操作服务端命令

•启动 ZooKeeper 服务: ./zkServer.sh start

•查看 ZooKeeper 服务状态: ./zkServer.sh status

•停止 ZooKeeper 服务: ./zkServer.sh stop

•重启 ZooKeeper 服务: ./zkServer.sh restart

3.3)Zookeeper客户端常用命令

•连接ZooKeeper服务端

./zkCli.sh –server ip:port

•断开连接

quit

•查看命令帮助

help

•显示指定目录下节点

ls 目录

•创建节点

create /节点path value

•获取节点值

get /节点path

•设置节点值

set /节点path value

•删除单个节点

delete /节点path

•删除带有子节点的节点

deleteall /节点path

3.4)客户端命令-创建临时有序节点

•创建临时节点

create -e /节点path value

•创建顺序节点

create -s /节点path value

•查询节点详细信息

ls –s /节点path

•czxid：节点被创建的事务ID

•ctime: 创建时间

•mzxid: 最后一次被更新的事务ID

•mtime: 修改时间

•pzxid：子节点列表最后一次被更新的事务ID

•cversion：子节点的版本号

•dataversion：数据版本号

•aclversion：权限版本号

•ephemeralOwner：用于临时节点，代表临时节点的事务ID，如果为持久节点则为0

•dataLength：节点存储的数据的长度

•numChildren：当前节点的子节点个数

4)ZooKeeper JavaAPI 操作

4.1)urator介绍

•Curator 是 Apache ZooKeeper 的Java客户端库。

•常见的ZooKeeper Java API ：

•原生Java API

•ZkClient

•Curator

•Curator 项目的目标是简化 ZooKeeper 客户端的使用。

•Curator 最初是 Netfix 研发的,后来捐献了 Apache 基金会,目前是 Apache 的顶级项目。

•官网：http://curator.apache.org/

4.2)JavaAPI操作建立连接

1，搭建项目

创建项目curator-zk

引入pom和日志文件

资料文件夹下pom.xml和log4j.properties

2、创建测试类，使用curator连接zookeeper

@Before public void testConnect() { //重试策略 RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 10); //2.第二种方式 //CuratorFrameworkFactory.builder(); client = CuratorFrameworkFactory.builder() .connectString("192.168.200.130:2181") .sessionTimeoutMs(60 * 1000) .connectionTimeoutMs(15 * 1000) .retryPolicy(retryPolicy) .namespace("itheima") .build(); //开启连接 client.start(); }

4.3)Zookeeper JavaAPI操作-创建节点

/** * 创建节点：create 持久 临时 顺序 数据 * 1. 基本创建 ：create().forPath("") * 2. 创建节点 带有数据:create().forPath("",data) * 3. 设置节点的类型：create().withMode().forPath("",data) * 4. 创建多级节点 /app1/p1 ：create().creatingParentsIfNeeded().forPath("",data) */ @Test public void testCreate() throws Exception { //2. 创建节点 带有数据 //如果创建节点，没有指定数据，则默认将当前客户端的ip作为数据存储 String path = client.create().forPath("/app2", "hehe".getBytes()); System.out.println(path); } @Test public void testCreate2() throws Exception { //1. 基本创建 //如果创建节点，没有指定数据，则默认将当前客户端的ip作为数据存储 String path = client.create().forPath("/app1"); System.out.println(path); } @Test public void testCreate3() throws Exception { //3. 设置节点的类型 //默认类型：持久化 String path = client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/app3"); System.out.println(path); } @Test public void testCreate4() throws Exception { //4. 创建多级节点 /app1/p1 //creatingParentsIfNeeded():如果父节点不存在，则创建父节点 String path = client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath("/app4/p1"); System.out.println(path); }

4.4)ZookeeperJavaAPI操作-查询节点

/** * 查询节点： * 1. 查询数据：get: getData().forPath() * 2. 查询子节点： ls: getChildren().forPath() * 3. 查询节点状态信息：ls -s:getData().storingStatIn(状态对象).forPath() */ @Test public void testGet1() throws Exception { //1. 查询数据：get byte[] data = client.getData().forPath("/app1"); System.out.println(new String(data)); } @Test public void testGet2() throws Exception { // 2. 查询子节点： ls List<String> path = client.getChildren().forPath("/"); System.out.println(path); } @Test public void testGet3() throws Exception { Stat status = new Stat(); System.out.println(status); //3. 查询节点状态信息：ls -s client.getData().storingStatIn(status).forPath("/app1"); System.out.println(status); }

4.5)Zookeeper JavaAPI操作-修改节点

/** * 修改数据 * 1. 基本修改数据：setData().forPath() * 2. 根据版本修改: setData().withVersion().forPath() * * version 是通过查询出来的。目的就是为了让其他客户端或者线程不干扰我。 * * @throws Exception */ @Test public void testSet() throws Exception { client.setData().forPath("/app1", "itcast".getBytes()); } @Test public void testSetForVersion() throws Exception { Stat status = new Stat(); //3. 查询节点状态信息：ls -s client.getData().storingStatIn(status).forPath("/app1"); int version = status.getVersion();//查询出来的 3 System.out.println(version); client.setData().withVersion(version).forPath("/app1", "hehe".getBytes()); }

4.6)Zookeeper JavaAPI操作-删除节点

/** * 删除节点： delete deleteall * 1. 删除单个节点:delete().forPath("/app1"); * 2. 删除带有子节点的节点:delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath("/app1"); * 3. 必须成功的删除:为了防止网络抖动。本质就是重试。 client.delete().guaranteed().forPath("/app2"); * 4. 回调：inBackground * @throws Exception */ @Test public void testDelete() throws Exception { // 1. 删除单个节点 client.delete().forPath("/app1"); } @Test public void testDelete2() throws Exception { //2. 删除带有子节点的节点 client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath("/app4"); } @Test public void testDelete3() throws Exception { //3. 必须成功的删除 client.delete().guaranteed().forPath("/app2"); } @Test public void testDelete4() throws Exception { //4. 回调 client.delete().guaranteed().inBackground(new BackgroundCallback(){ @Override public void processResult(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception { System.out.println("我被删除了~"); System.out.println(event); } }).forPath("/app1"); }

4.7)Zookeeper JavaAPI操作-Watch监听概述

•ZooKeeper 允许用户在指定节点上注册一些Watcher，并且在一些特定事件触发的时候，ZooKeeper 服务端会将事件通知到感兴趣的客户端上去，该机制是 ZooKeeper 实现分布式协调服务的重要特性。

•ZooKeeper 中引入了Watcher机制来实现了发布/订阅功能能，能够让多个订阅者同时监听某一个对象，当一个对象自身状态变化时，会通知所有订阅者。

•ZooKeeper 原生支持通过注册Watcher来进行事件监听，但是其使用并不是特别方便

​ 需要开发人员自己反复注册Watcher，比较繁琐。

•Curator引入了 Cache 来实现对 ZooKeeper 服务端事件的监听。

•ZooKeeper提供了三种Watcher：

•NodeCache : 只是监听某一个特定的节点

•PathChildrenCache : 监控一个ZNode的子节点.

•TreeCache : 可以监控整个树上的所有节点，类似于PathChildrenCache和NodeCache的组合

4.8Zookeeper JavaAPI操作-Watch监听-NodeCache

/** * 演示 NodeCache：给指定一个节点注册监听器 */ @Test public void testNodeCache() throws Exception { //1. 创建NodeCache对象 final NodeCache nodeCache = new NodeCache(client,"/app1"); //2. 注册监听 nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() { @Override public void nodeChanged() throws Exception { System.out.println("节点变化了~"); //获取修改节点后的数据 byte[] data = nodeCache.getCurrentData().getData(); System.out.println(new String(data)); } }); //3. 开启监听.如果设置为true，则开启监听是，加载缓冲数据 nodeCache.start(true); while (true){ } }

4.9)Zookeeper JavaAPI操作-Watch监听-PathChildrenCache

@Test public void testPathChildrenCache() throws Exception { //1.创建监听对象 PathChildrenCache pathChildrenCache = new PathChildrenCache(client,"/app2",true); //2. 绑定监听器 pathChildrenCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() { @Override public void childEvent(CuratorFramework client, PathChildrenCacheEvent event) throws Exception { System.out.println("子节点变化了~"); System.out.println(event); //监听子节点的数据变更，并且拿到变更后的数据 //1.获取类型 PathChildrenCacheEvent.Type type = event.getType(); //2.判断类型是否是update if(type.equals(PathChildrenCacheEvent.Type.CHILD_UPDATED)){ System.out.println("数据变了！！！"); byte[] data = event.getData().getData(); System.out.println(new String(data)); } } }); //3. 开启 pathChildrenCache.start(); while (true){ } }

4.10)Zookeeper JavaAPI操作-Watch监听-TreeCache

/** * 演示 TreeCache：监听某个节点自己和所有子节点们 */ @Test public void testTreeCache() throws Exception { //1. 创建监听器 TreeCache treeCache = new TreeCache(client,"/app2"); //2. 注册监听 treeCache.getListenable().addListener(new TreeCacheListener() { @Override public void childEvent(CuratorFramework client, TreeCacheEvent event) throws Exception { System.out.println("节点变化了"); System.out.println(event); } }); //3. 开启 treeCache.start(); while (true){ } }

4.11)Zookeeper分布式锁-概念

•在我们进行单机应用开发，涉及并发同步的时候，我们往往采用synchronized或者Lock的方式来解决多线程间的代码同步问题，这时多线程的运行都是在同一个JVM之下，没有任何问题。

•但当我们的应用是分布式集群工作的情况下，属于多JVM下的工作环境，跨JVM之间已经无法通过多线程的锁解决同步问题。

•那么就需要一种更加高级的锁机制，来处理种跨机器的进程之间的数据同步问题——这就是分布式锁。

4.12)Zookeeper 分布式锁-zookeeper分布式锁原理

•核心思想：当客户端要获取锁，则创建节点，使用完锁，则删除该节点。

1.客户端获取锁时，在lock节点下创建临时顺序节点。

2.然后获取lock下面的所有子节点，客户端获取到所有的子节点之后，如果发现自己创建的子节点序号最小，那么就认为该客户端获取到了锁。使用完锁后，将该节点删除。

3.如果发现自己创建的节点并非lock所有子节点中最小的，说明自己还没有获取到锁，此时客户端需要找到比自己小的那个节点，同时对其注册事件监听器，监听删除事件。

4.如果发现比自己小的那个节点被删除，则客户端的

​ Watcher会收到相应通知，此时再次判断自己创建的节点

​ 是否是lock子节点中序号最小的，如果是则获取到了锁，

​ 如果不是则重复以上步骤继续获取到比自己小的一个节点

​ 并注册监听。

4.13)Zookeeper 分布式锁-模拟12306售票案例

Curator实现分布式锁API

在Curator中有五种锁方案：

InterProcessSemaphoreMutex：分布式排它锁（非可重入锁）

InterProcessMutex：分布式可重入排它锁

InterProcessReadWriteLock：分布式读写锁

InterProcessMultiLock：将多个锁作为单个实体管理的容器

InterProcessSemaphoreV2：共享信号量

1,创建线程进行加锁设置

public class Ticket12306 implements Runnable{ private int tickets = 10;//数据库的票数 private InterProcessMutex lock ; @Override public void run() { while(true){ //获取锁 try { lock.acquire(3, TimeUnit.SECONDS); if(tickets > 0){ System.out.println(Thread.currentThread()+":"+tickets); Thread.sleep(100); tickets--; } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { //释放锁 try { lock.release(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } } }

2,创建连接，并且初始化锁

public Ticket12306(){ //重试策略 RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 10); //2.第二种方式 //CuratorFrameworkFactory.builder(); CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder() .connectString("192.168.149.135:2181") .sessionTimeoutMs(60 * 1000) .connectionTimeoutMs(15 * 1000) .retryPolicy(retryPolicy) .build(); //开启连接 client.start(); lock = new InterProcessMutex(client,"/lock"); }

3,运行多个线程进行测试

public class LockTest { public static void main(String[] args) { Ticket12306 ticket12306 = new Ticket12306(); //创建客户端 Thread t1 = new Thread(ticket12306,"携程"); Thread t2 = new Thread(ticket12306,"飞猪"); t1.start(); t2.start(); } }

5)ZooKeeper 集群搭建

5.1)Zookeeper集群介绍

Leader选举：

•Serverid：服务器ID

比如有三台服务器，编号分别是1,2,3。

编号越大在选择算法中的权重越大。

•Zxid：数据ID

服务器中存放的最大数据ID.值越大说明数据 越新，在选举算法中数据越新权重越大。

•在Leader选举的过程中，如果某台ZooKeeper

​ 获得了超过半数的选票，

​ 则此ZooKeeper就可以成为Leader了。

5.2)搭建要求

真实的集群是需要部署在不同的服务器上的，但是在我们测试时同时启动很多个虚拟机内存会吃不消，所以我们通常会搭建伪集群，也就是把所有的服务都搭建在一台虚拟机上，用端口进行区分。

我们这里要求搭建一个三个节点的Zookeeper集群（伪集群）。

5.3)准备工作

重新部署一台虚拟机作为我们搭建集群的测试服务器。

（1）安装JDK 【此步骤省略】。

（2）Zookeeper压缩包上传到服务器 （3）将Zookeeper解压 ，建立/usr/local/zookeeper-cluster目录，将解压后的Zookeeper复制到以下三个目录

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3

[root@localhost ~]# mkdir /usr/local/zookeeper-cluster [root@localhost ~]# cp -r apache-zookeeper-3.5.6-bin /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1 [root@localhost ~]# cp -r apache-zookeeper-3.5.6-bin /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2 [root@localhost ~]# cp -r apache-zookeeper-3.5.6-bin /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3

（4）创建data目录 ，并且将 conf下zoo_sample.cfg 文件改名为 zoo.cfg

mkdir /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/data mkdir /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/data mkdir /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/data mv /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/conf/zoo_sample.cfg /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/conf/zoo.cfg mv /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/conf/zoo_sample.cfg /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/conf/zoo.cfg mv /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/conf/zoo_sample.cfg /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/conf/zoo.cfg

（5） 配置每一个Zookeeper 的dataDir 和 clientPort 分别为2181 2182 2183

修改/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/conf/zoo.cfg

vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/conf/zoo.cfg clientPort=2181 dataDir=/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/data

修改/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/conf/zoo.cfg

vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/conf/zoo.cfg clientPort=2182 dataDir=/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/data

修改/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/conf/zoo.cfg

vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/conf/zoo.cfg clientPort=2183 dataDir=/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/data

5.4)配置集群

（1）在每个zookeeper的 data 目录下创建一个 myid 文件，内容分别是1、2、3 。这个文件就是记录每个服务器的ID

echo 1 >/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/data/myid echo 2 >/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/data/myid echo 3 >/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/data/myid

（2）在每一个zookeeper 的 zoo.cfg配置客户端访问端口（clientPort）和集群服务器IP列表。

集群服务器IP列表如下

vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/conf/zoo.cfg vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/conf/zoo.cfg vim /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/conf/zoo.cfg server.1=192.168.149.135:2881:3881 server.2=192.168.149.135:2882:3882 server.3=192.168.149.135:2883:3883

解释：server.服务器ID=服务器IP地址：服务器之间通信端口：服务器之间投票选举端口

5.5)启动集群

启动集群就是分别启动每个实例。

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh start /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh start /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh start

[ 启动后我们查询一下每个实例的运行状态

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh status /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh status /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh status

先查询第一个服务

/

Mode为follower表示是跟随者（从）

再查询第二个服务Mod 为leader表示是领导者（主）

查询第三个为跟随者（从）

5.6)模拟集群异常

（1）首先我们先测试如果是从服务器挂掉，会怎么样

把3号服务器停掉，观察1号和2号，发现状态并没有变化

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh stop /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh status /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh status

由此得出结论，3个节点的集群，从服务器挂掉，集群正常

（2）我们再把1号服务器（从服务器）也停掉，查看2号（主服务器）的状态，发现已经停止运行了。

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh stop /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh status

由此得出结论，3个节点的集群，2个从服务器都挂掉，主服务器也无法运行。因为可运行的机器没有超过集群总数量的半数。

（3）我们再次把1号服务器启动起来，发现2号服务器又开始正常工作了。而且依然是领导者。

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh start /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh status

（4）我们把3号服务器也启动起来，把2号服务器停掉,停掉后观察1号和3号的状态。

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh start /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh stop /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-1/bin/zkServer.sh status /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh status

发现新的leader产生了~

由此我们得出结论，当集群中的主服务器挂了，集群中的其他服务器会自动进行选举状态，然后产生新得leader

（5）我们再次测试，当我们把2号服务器重新启动起来启动后，会发生什么？2号服务器会再次成为新的领导吗？我们看结果

/usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh start /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-2/bin/zkServer.sh status /usr/local/zookeeper-cluster/zookeeper-3/bin/zkServer.sh status

我们会发现，2号服务器启动后依然是跟随者（从服务器），3号服务器依然是领导者（主服务器），没有撼动3号服务器的领导地位。

由此我们得出结论，当领导者产生后，再次有新服务器加入集群，不会影响到现任领导者。

6)Zookeeper 核心理论

Zookeepe集群角色

在ZooKeeper集群服中务中有三个角色：

•Leader 领导者 ：

​ 1. 处理事务请求

​ 2. 集群内部各服务器的调度者

•Follower 跟随者 ：

​ 1. 处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器

​ 2. 参与Leader选举投票

•Observer 观察者：

1. 处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器