Zookeeper架构原理和使用场景总结

管动物园的家伙

Zookeeper  是大家耳熟能详的分布式管理中间件,在很多场景下都有很经典的应用。下面主要对zk的架构原理和使用场景做一番总结

Zookeeper特性

最终一致性

保证各个节点服务器数据能够最终达成一致,zk的招牌功能

顺序性

从同一客户端发起的事务请求,都会最终被严格的按照其发送顺序被应用到zk中,这也是zk选举leader的依据之一

可靠性

凡是服务器成功的使用一个事务,并完成了客户端的响应,那么这个事务所引起的服务端状态变更会被一直保留下去

实时性

zk不能保证多个客户端能同时得到刚更新的数据,所以如果要最新数据,需要在读数据之前强制调用sync接口来保证数据的实时性

原子性

数据更新要么成功要么失败

单一视图

无论客户端连的是哪个节点,看到的数据模型对外一致



ZooKeeper架构

下面看一下zk的架构,看看他是怎么保证最终一致性的。

首先按照角色,zk可以分为leader,follower和observer。只有leader才能真正处理事务请求,在整个集群中,当follower和observer收到来自客户端的事务请求时,会转发给leader。当leader处理事务请求的时候,他会向整个集群广播一个提议,也就是我们常说的zab,这个提议的意思就是告诉follower你们要创建,修改,删除某znode,然后follower接受leader的提议之后呢,就会做出相应的操作,并告诉leader操作已经完成。

当leader接受到集群里大多数follower的成功操作的回复之后,(这里大多数指的是集群里机器数的一半,这也是zk为啥要使用奇数台机器凑成集群的一个依据之一),leader认为这次事务被成功处理了,接着再向所有的follower进行通知,告知其进行事务提交,最后会返回客户端一个事务被成功处理的状态。此时如果有落后的follower也就是还没来得及进行事务同步的那些,也会从leader去同步状态,来保证与leader的一致状态

zk集群架构图

zk角色

zk中4种角色的作用:

zk各角色作用

zk写入流程

数据写入最终一致性zab算法。leader负责处理写事务请求,follower负责向leader转发写请求,响应leader发出的提议

zk写入流程

zk选举

首先聊清楚几个概念。

一个是服务器的选举状态,分为looking,leading,following和observer

looking:寻找leader状态,处于该状态需要进入选举流程

leading:leader状态,表明当前服务角色为leader

following:跟随者状态,leader已经选举出,表明当前为follower角色

observer:观察者状态

事务id:zxid

zxid是64位数字,leader分配,全局唯一且递增

zk选主流程

首先每个节点发出一个投票,内容是(myid,zxid),接受来自各个节点的投票,接着进行投票的处理和统计,最后改变服务器的状态

zk选举过程

zk数据模型znode

znode是zk特有的数据模型,是zk中数据最小单元,znode上能保存数据,通过挂载子节点形成一个树状的层次结构。根由/斜杠开始。


znode层次结构模型

znode节点类型

分为持久节点,临时节点和顺序节点。还可以进行不同节点类型的组合。

znode版本

版本有1.当前数据节点的版本号 2. 当前数据子节点版本号 3.acl权限变更版本号

主要用来通过版本号来实现分布式锁的一些控制

znode watch机制

znode watch机制也是zk的核心功能之一,是配置管理功能的基石。client端通过注册watch对象后,只要相应的znode触发更改,watch管理器就会向客户端发起回调,可借此机制实现配置管理的分布式更新和同步队列等场景。

zk watch机制

主要的总结就到这里,后续会分享一些踩过的坑

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