ZooKeeper详解

ZooKeeper

作用

• ZooKeeper在大数据组件中起着重要的协调作用，帮助实现高可用性和一致性。
• 通常用于监控主备节点，实现高可用；也用于同步数据。

举例

1.在Hadoop YARN中，实现了ResourceManager的HA。当主ResourceManager节点故障时，ZooKeeper会帮助切换到备用的ResourceManager节点。
2.在HBase中，实现了RegionServer的HA。当一个HBase RegionServer节点失效时，ZooKeeper帮助重新分配这个节点的负载给其他可用的节点。
3.在Spark中，实现了Master的HA。如果当前的Master节点失效，ZooKeeper会通知备用Master节点接管。

设计原理

• 文件系统(存储和管理数据)+通知机制(当观察者观察的Znode[Zookeeper DataNode]的数据状态发生变化之后，ZooKeeper通知在Zookeeper上注册的观察者(客户端)做出相应的反应)
• 观察者模式
  • 当被观察者状态发生改变时，它会通知所有的观察者对象，使他们能够及时做出响应。

Znodes的状态变化

1. 创建Znode：服务器启动时去ZooKeeper注册信息
2. 删除Znode：服务器下线时去ZooKeeper注销信息
3. 更新Znode数据：服务的配置信息发生变化，去更新ZooKeeper中相关的Znode的数据。
4. 子节点变化：如果一个Znode有子节点，这些子节点的添加或删除也会被视为父ZNode的状态变化。

具体步骤ZooKeeper原理

1. 注册观察
   • 服务器启动时在ZooKeeper集群中通过创建或更新Znodes来完成注册信息
   • 客户端获取当前服务器列表，并注册监听。
2. 事件触发
   • 如果服务器发生事件，在集群中的Znodes发生相应的状态变化(如数据更新、节点删除、子节点变化)。ZooKeeper集群将检测到这些变化。
3. 通知观察者
   • ZooKeeper会向所有对该znode注册了观察的客户端发送通知。这些通知是一次性的，也就是说，一旦发送了通知，相应的观察就被移除了。
   • 如果客户端需要继续监视该znode的后续变化，它必须再次注册观察。
4. 客户端响应
   • 收到通知后，客户端进行操作(如读取更新后的数据，调整其内部状态)。

ZooKeeper数据结构(了解)

• 树结构
  • ZooKeeper
    • config 存储集群的动态配置
    • quota 实现节点的配额管理

ZooKeeper CLI

• zkCli.sh：进入ZooKeeper
• ls path：查看路径对应znode下的所有子节点
• get path：获取节点的值

ZooKeeper 端口号

1. 客户端连接端口(Client Port):默认为2181，用于客户端与zookeeper服务器进行通信。
2. 服务器之间通信端口(Peer Port))：默认为2888，用于zookeeper服务器之间进行数据同步和选举。
3. 选举通信端口(Leader Election Port))：默认为3888，用于zookeeper服务器之间进行选举。

Zookeeper角色

ZooKeeper选举机制

半数机制

• 集群中半数以上机器存活，集群可用
• ZooKeeper工作时，有一个节点为Leader，其他为Follower，Leader是通过内部选举机制临时产生的
• Leader选举是保证分布式数据一致性的关键所在
  1. 单一写入点。
  2. 更新状态，确保数据全局一致性。
  3. Leader失联时进行新的Leader选举。

leader选举触发时机

• 服务器初始化启动(没有Leader)
• 服务器运行期间无法和Leader保持连接(Leader故障)

补充

• 通常ZooKeeper的机器数是奇数。
• 后加的机器一定不会是Leader。
• 每一次进行状态更新，zxid递增，对于具有相同zxid的机器，myid越大的机器会成为Leader。