ZooKeeper从入门到精通2:ZooKeeper的数据模型Znode

1.Znode节点的特点

ZooKeeper拥有一个层次的命名空间,这个和标准的文件系统非常相似,如下图所示。

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从图中我们可以看出ZooKeeper的数据模型,在结构上和标准文件系统的非常相似,都是采用这种树形层次结构,ZooKeeper树中的每个节点被称为Znode。和文件系统的目录树一样,ZooKeeper树中的每个节点可以拥有子节点。但也有不同之处:

(1) 引用方式

Zonde通过路径引用,如同Unix中的文件路径。路径必须是绝对的,因此他们必须由斜杠字符来开头。除此以外,他们必须是唯一的,也就是说每一个路径只有一个表示,因此这些路径不能改变。在ZooKeeper中,路径由Unicode字符串组成,并且有一些限制。字符串”/zookeeper”用以保存管理信息,比如关键配额信息。

(2) Znode结构

ZooKeeper命名空间中的Znode,兼具文件和目录两种特点。既像文件一样维护着数据、元信息、ACL、时间戳等数据结构,又像目录一样可以作为路径标识的一部分。图中的每个节点称为一个Znode。 每个Znode由3部分组成:

  1. stat:此为状态信息, 描述该Znode的版本, 权限等信息;
  2. data:与该Znode关联的数据;
  3. children:该Znode下的子节点;

ZooKeeper虽然可以关联一些数据,但并没有被设计为常规的数据库或者大数据存储,相反的是,它用来管理调度数据,比如分布式应用中的配置文件信息、状态信息、汇集位置等等。这些数据的共同特性就是它们都是很小的数据,通常以KB为大小单位。ZooKeeper的服务器和客户端都被设计为严格检查并限制每个Znode的数据大小至多1M,但常规使用中应该远小于此值。

(3) 数据访问

ZooKeeper中的每个节点存储的数据要被原子性的操作。也就是说读操作将获取与节点相关的所有数据,写操作也将替换掉节点的所有数据。另外,每一个节点都拥有自己的ACL(访问控制列表),这个列表规定了用户的权限,即限定了特定用户对目标节点可以执行的操作。

(4) 节点类型

ZooKeeper中的节点有两种,分别为临时节点和永久节点。节点的类型在创建时即被确定,并且不能改变。

  1. 临时节点:该节点的生命周期依赖于创建它们的会话。一旦会话(Session)结束,临时节点将被自动删除,当然可以也可以手动删除。虽然每个临时的Znode都会绑定到一个客户端会话,但他们对所有的客户端还是可见的。另外,ZooKeeper的临时节点不允许拥有子节点。
  2. 永久节点:该节点的生命周期不依赖于会话,并且只有在客户端显示执行删除操作的时候,他们才能被删除。

(5) 顺序节点

当创建Znode的时候,用户可以请求在ZooKeeper的路径结尾添加一个递增的计数。这个计数对于此节点的父节点来说是唯一的,它的格式为”%10d”(10位数字,没有数值的数位用0补充,例如”0000000001″)。当计数值大于232-1时,计数器将溢出。

(6) 观察

客户端可以在节点上设置watch,我们称之为监视器。当节点状态发生改变时(Znode的增、删、改)将会触发watch所对应的操作。当watch被触发时,ZooKeeper将会向客户端发送且仅发送一条通知,因为watch只能被触发一次,这样可以减少网络流量。

2.Znode节点的时间

ZooKeeper有多种记录时间的形式,其中包含以下几个主要属性:

(1) Zxid

致使ZooKeeper节点状态改变的每一个操作都将使节点接收到一个Zxid格式的时间戳,并且这个时间戳全局有序。也就是说,每个对节点的改变都将产生一个唯一的Zxid。如果Zxid1的值小于Zxid2的值,那么Zxid1所对应的事件发生在Zxid2所对应的事件之前。实际 上,ZooKeeper的每个节点维护者三个Zxid值,为别为:cZxid、mZxid、pZxid。

  1. cZxid: 是节点的创建时间所对应的Zxid格式时间戳。
  2. mZxid:是节点的修改时间所对应的Zxid格式时间戳。与子节点无关。
  3. pZxid:是与本节点/子节点的最近一次创建/删除所对应的Zxid格式时间戳。只与本节点/子节点有关;与孙子节点无关。

实现中Zxid是一个64为的数字,它高32位是epoch用来标识leader关系是否改变,每次一个leader被选出来,它都会有一个 新的epoch。低32位是个递增计数。

(2) 版本号

对节点的每一个操作都将致使这个节点的版本号增加。每个节点维护着三个版本号,他们分别为:

  1. version:节点数据版本号
  2. cversion:子节点版本号
  3. aversion:节点所拥有的ACL版本号

3.Znode节点的属性

一个节点自身拥有表示其状态的许多重要属性:

  1. czxid:节点创建时的zxid
  2. mzxid:节点修改时的zxid
  3. pzxid:子节点修改时的zxid
  4. ctime:节点创建的时间
  5. mtime:节点最后修改的时间
  6. version:节点被修改的版本号
  7. cversion:子节点被修改时的版本号
  8. aversion:节点ACL被修改的版本号
  9. ephemeralOwner:节点拥有者,若临时节点,值是对应的会话ID;若其他,值为0
  10. dataLength:节点数据长度
  11. numChildren:子节点个数
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