Hadoop生态架构之zookeeper

矫情吗；* 2023-06-29 08:28 26阅读 0赞

\# 1.zookeeper选举机制  
Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定master和slave，但是，zookeeper工作时，是有一个节点为leader，其他则为follower，Leader是通过内部的选举机制临时产生的  
\#\#\#\#\# 1.全新集群paxos  
以一个简单的例子来说明整个选举的过程.  
假设有五台服务器组成的zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的.假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么.  
1) 服务器1启动,此时只有它一台服务器启动了,它发出去的报没有任何响应,所以它的选举状态一直是LOOKING状态  
2) 服务器2启动,它与最开始启动的服务器1进行通信,互相交换自己的选举结果,由于两者都没有历史数据,所以id值较大的服务器2胜出,但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3),所以服务器1,2还是继续保持LOOKING状态.  
3) 服务器3启动,根据前面的理论分析,服务器3成为服务器1,2,3中的老大,而与上面不同的是,此时有三台服务器选举了它,所以它成为了这次选举的leader.  
4) 服务器4启动,根据前面的分析,理论上服务器4应该是服务器1,2,3,4中最大的,但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3,所以它只能接收当小弟的命了.  
5) 服务器5启动,同4一样,当小弟.

\#\#\#\#\# 2.非全新集群的选举机制(数据恢复)  
首先初始化的时候，是按照上述的说明进行选举的，但是当zookeeper运行了一段时间之后，有机器down掉，重新选举时，选举过程就相对复杂了。  
需要加入数据id、leader id和逻辑时钟。  
数据id：数据新的id就大，数据每次更新都会更新id。  
Leader id：就是我们配置的myid中的值，每个机器一个。  
逻辑时钟：这个值从0开始递增,每次选举对应一个值,也就是说:  如果在同一次选举中,那么这个值应该是一致的 ;  逻辑时钟值越大,说明这一次选举leader的进程更新.  
选举的标准就变成：  
1、逻辑时钟小的选举结果被忽略，重新投票  
2、统一逻辑时钟后，数据id大的胜出  
3、数据id相同的情况下，leader id大的胜出  
根据这个规则选出leader。

\# 2.zookeeper集群搭建  
前提：zookeeper适合装在奇数台机器上！！！  
1.官网下载zookeeper  
2.解压：tar -zxvf zookeeper-3.4.5.tar.gz  
3.修改环境变量：  
\`\`\`  
ZOOKEEPER\_HOME=/usr/local/src/zookeeper-3.4.11  
export ZOOKEEPER\_HOME  
PATH=$ZOOKEEPER\_HOME/bin:$PATH  
export PATH  
\`\`\`  
source 环境变量目录  
4.修改配置文件：  
1.进入conf目录下 cd zookeeper/conf  
cp zoo\_sample.cfg zoo.cfg  
vi zoo.cfg  
添加内容：  
\`\`\`  
dataDir=/usr/local/src/zookeeper-3.4.11/tmp  
dataLogDir=/usr/local/src/zookeeper-3.4.11/log  
server.1=master:2888:3888 (主机名, 心跳端口、数据端口)  
server.2=slave1:2888:3888  
server.3=slave2:2888:3888  
\`\`\`  
2.进入zookeeper\_home目录下创建目录  
cd /usr/local/src/zookeeper-3.4.11/  
mkdir -m 755 tmp  
mkdir -m 755 log  
3.在tmp文件夹下新建myid文件，myid的文件内容为：  
添加内容：1  
5.将集群下发到其他机器上  
scp -r/usr/local/src/zookeeper-3.4.11/ hadoop@slave1:/home/hadoop/  
scp -r /usr/local/src/zookeeper-3.4.11/ hadoop@slave2:/home/hadoop/  
6.修改其他机器的配置文件  
到slave1上：修改myid为：2  
到slave2上：修改myid为：3  
7.启动（每台机器）  
zkServer.sh start  
8.查看集群状态  
jps（查看进程）  
zkServer.sh status（查看集群状态，主从信息）

\# 3.zookeeper特性  
1、Zookeeper：一个leader，多个follower组成的集群  
2、全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的  
3、分布式读写，更新请求转发，由leader实施  
4、更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行  
5、数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败  
6、实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据

\# 4.zookeeper数据结构  
1、层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范(见下图)  
2、每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识  
3、节点Znode可以包含数据和子节点（但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点）  
!\[数据结构的图\](https://upload-images.jianshu.io/upload\_images/18154391-084634b0f1a7ec5c.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)  
\# 4.zookeeper节点类型  
1、Znode有两种类型：  
短暂（ephemeral）（断开连接自己删除）  
持久（persistent）（断开连接不删除）  
2、Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）  
PERSISTENT  
PERSISTENT\_SEQUENTIAL（持久序列/test0000000019 ）  
EPHEMERAL  
EPHEMERAL\_SEQUENTIAL  
3、创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护  
4、在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序  
\# 5.zookeeper命令行操作  
运行 zkCli.sh –server <ip>进入命令行工具  
!\[\](https://upload-images.jianshu.io/upload\_images/18154391-56db33bc4f5fca99.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)  
1、使用 ls 命令来查看当前 ZooKeeper 中所包含的内容：  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 1\] ls /  
2、创建一个新的 znode ，使用 create /zk myData 。这个命令创建了一个新的 znode 节点“ zk ”以及与它关联的字符串：  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 2\] create /zk "myData“  
3、我们运行 get 命令来确认 znode 是否包含我们所创建的字符串：  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 3\] get /zk  
监听这个节点的变化,当另外一个客户端改变/zk时,它会打出下面的  
WATCHER::  
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/zk  
\[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4\] get /zk watch  
4、下面我们通过 set 命令来对 zk 所关联的字符串进行设置：  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 4\] set /zk "zsl“  
5、下面我们将刚才创建的 znode 删除：  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5\] delete /zk  
6、删除节点：rmr  
\[zk: 202.115.36.251:2181(CONNECTED) 5\] rmr /zk  
\# 6.zookeeper-api应用  
org.apache.zookeeper.Zookeeper是客户端入口主类，负责建立与server的会话  
它提供了表 所示几类主要方法  ：  
功能和描述  
create 在本地目录树中创建一个节点  
delete 删除一个节点  
exists 测试本地是否存在目标节点  
get/set data 从目标节点上读取 / 写数据  
get/set ACL 获取 / 设置目标节点访问控制列表信息  
get children 检索一个子节点上的列表  
sync 等待要被传送的数据

\# 7.java对zookeeper增删改查案例  
\`\`\`  
public class SimpleDemo \{  
// 会话超时时间，设置为与系统默认时间一致  
private static final int SESSION\_TIMEOUT = 30000;  
// 创建 ZooKeeper 实例  
ZooKeeper zk;  
// 创建 Watcher 实例  
Watcher wh = new Watcher() \{  
    public void process(org.apache.zookeeper.WatchedEvent event)\{  
        System.out.println(event.toString());  
    \}  
\};  
// 初始化 ZooKeeper 实例  
private void createZKInstance() throws IOException\{  
      zk = new ZooKeeper("weekend01:2181", SimpleDemo.SESSION\_TIMEOUT, this.wh);  
\}

private void ZKOperations() throws IOException, InterruptedException, KeeperException\{  
        System.out.println("/n1. 创建 ZooKeeper 节点 (znode ： zoo2, 数据： myData2 ，权限：                   
        OPEN\_ACL\_UNSAFE ，节点类型： Persistent");  
       zk.create("/zoo2", "myData2".getBytes(), Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);  
       System.out.println("/n2. 查看是否创建成功： ");  
       System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", false, null)));  
       System.out.println("/n3. 修改节点数据 ");  
       zk.setData("/zoo2", "shenlan211314".getBytes(), -1);  
       System.out.println("/n4. 查看是否修改成功： ");  
       System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", false, null)));  
       System.out.println("/n5. 删除节点 ");  
       zk.delete("/zoo2", -1);  
       System.out.println("/n6. 查看节点是否被删除： ");  
       System.out.println(" 节点状态： \[" + zk.exists("/zoo2", false) + "\]");  
\}  
private void ZKClose() throws InterruptedException\{  
    zk.close();  
\}

public static void main(String\[\] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException \{  
      SimpleDemo dm = new SimpleDemo();  
      dm.createZKInstance();  
      dm.ZKOperations();  
      dm.ZKClose();  
\}  
\}  
\`\`\`

\# 8.Zookeeper的监听器工作机制  
!\[\](https://upload-images.jianshu.io/upload\_images/18154391-ebfd37abd2c812d0.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)  
监听器是一个接口，我们的代码中可以实现Wather这个接口，实现其中的process方法，方法中即我们自己的业务逻辑  
监听器的注册是在获取数据的操作中实现：  
getData(path,watch?)监听的事件是：节点数据变化事件  
getChildren(path,watch?)监听的事件是：节点下的子节点增减变化事件

\# 9.zookeeper应用案例（分布式应用HA||分布式锁）  
1.实现分布式应用的(主节点HA)及客户端动态更新主节点状态  
某分布式系统中，主节点可以有多台，可以动态上下线，任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线  
!\[\](https://upload-images.jianshu.io/upload\_images/18154391-03824b6c4ce66b10?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)  
A、客户端实现  
\`\`\`  
public class AppClient \{  
      private String groupNode = "sgroup";  
      private ZooKeeper zk;  
      private Stat stat = new Stat();  
      private volatile List<String> serverList;  
/\*\*  
 \* 连接zookeeper  
 \*/  
public void connectZookeeper() throws Exception \{  
      zk = new ZooKeeper("localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182", 5000, new Watcher() \{  
      public void process(WatchedEvent event) \{  
      // 如果发生了"/sgroup"节点下的子节点变化事件, 更新server列表, 并重新注册监听  
      if (event.getType() == EventType.NodeChildrenChanged  
      && ("/" + groupNode).equals(event.getPath())) \{  
      try \{  
            updateServerList();  
      \} catch (Exception e) \{  
      e.printStackTrace();  
      \} \}  
      \}  
      \});  
      updateServerList();  
      \}  
/\*\*  
 \* 更新server列表  
 \*/

private void updateServerList() throws Exception \{  
      List<String> newServerList = new ArrayList<String>();  
      // 获取并监听groupNode的子节点变化  
      // watch参数为true, 表示监听子节点变化事件.  
      // 每次都需要重新注册监听, 因为一次注册, 只能监听一次事件, 如果还想继续保持监听, 必须重新注册  
      List<String> subList = zk.getChildren("/" + groupNode, true);  
      for (String subNode : subList) \{  
      // 获取每个子节点下关联的server地址  
      byte\[\] data = zk.getData("/" + groupNode + "/" + subNode, false, stat);  
      newServerList.add(new String(data, "utf-8"));  
      \}  
      // 替换server列表  
      serverList = newServerList;  
      System.out.println("server list updated: " + serverList);  
\}  
/\*\*  
 \* client的工作逻辑写在这个方法中  
 \* 此处不做任何处理, 只让client sleep  
 \*/  
public void handle() throws InterruptedException \{  
      Thread.sleep(Long.MAX\_VALUE);  
\}

public static void main(String\[\] args) throws Exception \{  
      AppClient ac = new AppClient();  
      ac.connectZookeeper();  
      ac.handle();  
\}  
\}  
\`\`\`  
B、服务器端实现  
\`\`\`  
public class AppServer \{

private String groupNode = "sgroup";

private String subNode = "sub";

/\*\*

\* 连接zookeeper

\* @param address server的地址

\*/

public void connectZookeeper(String address) throws Exception \{

ZooKeeper zk = new ZooKeeper(

"localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182",

5000, new Watcher() \{

public void process(WatchedEvent event) \{

// 不做处理

\});

// 在"/sgroup"下创建子节点

// 子节点的类型设置为EPHEMERAL\_SEQUENTIAL, 表明这是一个临时节点, 且在子节点的名称后面加上一串数字后缀

// 将server的地址数据关联到新创建的子节点上

String createdPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, address.getBytes("utf-8"),

Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL\_SEQUENTIAL);

System.out.println("create: " + createdPath);

/\*\*

\* server的工作逻辑写在这个方法中

\* 此处不做任何处理, 只让server sleep

\*/

public void handle() throws InterruptedException \{

Thread.sleep(Long.MAX\_VALUE);

public static void main(String\[\] args) throws Exception \{

// 在参数中指定server的地址

if (args.length == 0) \{

System.err.println("The first argument must be server address");

System.exit(1);

（2）分布式共享锁的简单实现  
客户端A  
public class DistributedClient \{  
    // 超时时间  
    private static final int SESSION\_TIMEOUT = 5000;  
    // zookeeper server列表  
    private String hosts = "localhost:4180,localhost:4181,localhost:4182";  
    private String groupNode = "locks";  
    private String subNode = "sub";  
    private ZooKeeper zk;  
    // 当前client创建的子节点  
    private String thisPath;  
    // 当前client等待的子节点  
    private String waitPath;  
    private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);  
    /\*\*  
     \* 连接zookeeper  
     \*/  
    public void connectZookeeper() throws Exception \{  
        zk = new ZooKeeper(hosts, SESSION\_TIMEOUT, new Watcher() \{  
            public void process(WatchedEvent event) \{  
                try \{  
                    // 连接建立时, 打开latch, 唤醒wait在该latch上的线程  
                    if (event.getState() == KeeperState.SyncConnected) \{  
                        latch.countDown();  
                    \}  
                    // 发生了waitPath的删除事件  
                    if (event.getType() == EventType.NodeDeleted && event.getPath().equals(waitPath)) \{  
                        doSomething();  
                    \}  
                \} catch (Exception e) \{  
                    e.printStackTrace();  
                \}  
            \}  
        \});  
        // 等待连接建立  
        latch.await();  
        // 创建子节点  
        thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE,  
        CreateMode.EPHEMERAL\_SEQUENTIAL);  
        // wait一小会, 让结果更清晰一些  
        Thread.sleep(10);  
        // 注意, 没有必要监听"/locks"的子节点的变化情况  
        List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, false);  
        // 列表中只有一个子节点, 那肯定就是thisPath, 说明client获得锁  
        if (childrenNodes.size() == 1) \{  
            doSomething();  
        \} else \{  
            String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());  
            // 排序  
            Collections.sort(childrenNodes);  
            int index = childrenNodes.indexOf(thisNode);  
            if (index == -1) \{  
                // never happened  
            \} else if (index == 0) \{  
                // inddx == 0, 说明thisNode在列表中最小, 当前client获得锁  
                doSomething();  
            \} else \{  
                // 获得排名比thisPath前1位的节点  
                this.waitPath = "/" + groupNode + "/" + childrenNodes.get(index - 1);  
                // 在waitPath上注册监听器, 当waitPath被删除时, zookeeper会回调监听器的process方法  
                zk.getData(waitPath, true, new Stat());  
            \}  
        \}  
    \}  
    private void doSomething() throws Exception \{  
        try \{  
            System.out.println("gain lock: " + thisPath);  
            Thread.sleep(2000);  
            // do something  
        \} finally \{  
            System.out.println("finished: " + thisPath);  
            // 将thisPath删除, 监听thisPath的client将获得通知  
            // 相当于释放锁  
            zk.delete(this.thisPath, -1);  
        \}  
    \}  
    public static void main(String\[\] args) throws Exception \{  
        for (int i = 0; i < 10; i++) \{  
            new Thread() \{  
                public void run() \{  
                    try \{  
                        DistributedClient dl = new DistributedClient();  
                        dl.connectZookeeper();  
                    \} catch (Exception e) \{  
                        e.printStackTrace();  
                    \}  
                \}  
            \}.start();  
        \}  
        Thread.sleep(Long.MAX\_VALUE);  
    \}  
\}  
AppServer as = new AppServer();  
as.connectZookeeper(args\[0\]);  
as.handle();  
\}  
\}  
\`\`\`  
分布式多进程模式实现：  
\`\`\`  
public class DistributedClientMy \{  
      // 超时时间  
      private static final int SESSION\_TIMEOUT = 5000;  
      // zookeeper server列表  
      private String hosts = "spark01:2181,spark02:2181,spark03:2181";  
      private String groupNode = "locks";  
      private String subNode = "sub";  
      private boolean haveLock = false;  
      private ZooKeeper zk;  
      // 当前client创建的子节点  
      private volatile String thisPath;  
      /\*\*  
       \* 连接zookeeper  
       \*/  
public void connectZookeeper() throws Exception \{  
      zk = new ZooKeeper("spark01:2181", SESSION\_TIMEOUT, new Watcher() \{  
      public void process(WatchedEvent event) \{  
      try \{  
      // 子节点发生变化  
      if (event.getType() == EventType.NodeChildrenChanged && event.getPath().equals("/" + groupNode)) \{  
      // thisPath是否是列表中的最小节点  
      List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);  
      String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());  
      // 排序  
      Collections.sort(childrenNodes);  
      if (childrenNodes.indexOf(thisNode) == 0) \{  
      doSomething();  
      thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE,  
      CreateMode.EPHEMERAL\_SEQUENTIAL);  
      \}  
      \}  
      \} catch (Exception e) \{  
      e.printStackTrace();  
      \}  
      \}  
      \});  
      // 创建子节点  
      thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE,  
      CreateMode.EPHEMERAL\_SEQUENTIAL);  
      // wait一小会, 让结果更清晰一些  
      Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));  
      // 监听子节点的变化  
      List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);  
      // 列表中只有一个子节点, 那肯定就是thisPath, 说明client获得锁  
      if (childrenNodes.size() == 1) \{  
      doSomething();  
      thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, Ids.OPEN\_ACL\_UNSAFE,  
      CreateMode.EPHEMERAL\_SEQUENTIAL);  
      \}  
\}

/\*\*  
 \* 共享资源的访问逻辑写在这个方法中  
 \*/  
private void doSomething() throws Exception \{  
      try \{  
      System.out.println("gain lock: " + thisPath);  
      Thread.sleep(2000);  
      // do something  
      \} finally \{  
      System.out.println("finished: " + thisPath);  
      // 将thisPath删除, 监听thisPath的client将获得通知  
      // 相当于释放锁  
      zk.delete(this.thisPath, -1);  
      \}  
\}  
public static void main(String\[\] args) throws Exception \{  
      DistributedClientMy dl = new DistributedClientMy();  
      dl.connectZookeeper();  
      Thread.sleep(Long.MAX\_VALUE);  
\}  
\`\`\`