[TOC]
paxos 小岛的故事
组成：
- 议员： 管理小岛
- 议员记事本： 记录处理的草案的编号，初始当前编号为 0。
- 草案 (提议)： 由单个议员发起草案，草案的编号必须大于议员记事本上记录的编号，否则不予处理
- 法令： 由单个议员发起，需要有半数以上议员们同意，才可生效
过程：
比方说，该小岛有三个议员，开始的时候，三个议员a、b、c手中记事本记录草案的编号都是 0 。议员 a 提出草案工业用电 2 元/度 ，提出的草案编号为 1，议员 a 自己的记事本的当前编号设置为 1 ，将该草案告诉其他议员 b、c。议员 b、c 接收到该提议后，首先查看自己记事本的当前编号为 0 ，可以处理该草案，处理（赞成或反对）结束后将自己记事本的当前编号设置为 1 ，最后若赞成草案的票数大于半数，则该草案通过，否则不通过。
对应关系：
- 小岛(Island)——ZK Server Cluster
- 议员(Senator)——ZK Serverabout:reader?url=https://www.douban.com/note/208430424/
- 提议(Proposal)——ZNode Change(Create/Delete/SetData…)
- 提议编号(PID)——Zxid(ZooKeeper Transaction Id)
- 正式法令——所有ZNode及其数据
Zookeeper 简介
Zookeeper 是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop的分布式协调服务包含一个简单的原语集，分布式应用程序可以基于它实现
特点：
Zookeeper 集群
zookeeper 集群的数量是单数的
数据模型
1 | 目录结构 |
事件监听
基于客户端轮询机制
缺陷：客户端轮询指定节点下的数据，通过网络轮询，代价很大
基于事件监听机制
客户端向 ZooKeeper 注册需要接收通知的 znode，通过对 znode 设置监视点（watch）来接收通知。
监视点是一个单次触发的操作，意即监视点会触发一个通知。
为了接收多个通知，客户端必须在每次通知后设置一个新的监视点。
- 事件监听 Watcher
Watcher 在 ZooKeeper 是一个核心功能，Watcher 可以监控目录节点的数据变化以及子目录的变化，一旦这些状态发生变化，服务器就会通知所有设置在这个目录节点上的Watcher，从而每个客户端都很快知道它所关注的目录节点的状态发生变化，而做出相应的反应
可以设置观察的操作：exists,getChildren,getData
可以触发观察的操作：create,delete,setData
回调client方法业务核心代码在哪里？ `client`节点模式-原子广播
Zookeeper的核心是原子广播，这个机制保证了各个server之间的同步。实现这个机制的协议叫做Zab协议。
1 | Zab协议有两种模式： |
| 恢复模式 | 广播模式 |
|---|---|
| 无主，无服务 | 主从模式 |
| 选举leader | leader维护事物的唯一和有序性 |
| 队列机制 |
下面详细介绍广播模式和恢复模式
广播模式
广播模式需要保证 proposal 被按顺序处理，因此zk采用了递增的事务id号(zxid)来保证。
所有的提议 (proposal) 都在被提出的时候加上了 zxid。
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。
两阶段提交：
恢复模式-选举
1，判定（zxid，myid）；2，投票传递
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4zxid <从paxos 到 zookeeper>
myid
首先选举zxid最大的，如果zxid相同，则选举myid最大的
Leader 选举
选举过程耗时在 200ms 之内，一般情况下zookeeper恢复服务时间间隔不超过 200ms
server Si (myid,zxid)
总结
Zookeeper 安装与配置
安装
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151.3节点 java 安装
2.所有集群节点创建目录: mkdir opt/sxt
3.zk压缩包解压在其他路径下:：
# tar xf zookeeper-3.4.6.tar.gz -C /opt/sxt/
4.进入conf目录，拷贝zoo_sample.cfg zoo.cfg 并配置
dataDir，集群节点。
5.单节点配置环境变量、并分发 ZOOKEEPER_PREFIX，共享模式读取profile
6. 共享创建 /var/sxt/zk目录，进入各自目录 分别输出1,2，3 至文件 myid
echo 1 > /var/sxt/zk/myid
...
7. 共享启动zkServer.sh start 集群
8.启动客户端 help命令查看
配置
在conf目录下创建一个配置文件 zoo.cfg，
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9tickTime=2000
dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/data
dataLogDir=/Users/zdandljb/zookeeper/dataLog
clientPort=2181
initLimit=5
syncLimit=2
server.1=server1:2888:3888
server.2=server2:2888:3888
server.3=server3:2888:3888 observer（表示对应节点不参与投票）创建myid文件
tickTime：发送心跳的间隔时间，单位：毫秒
dataDir：zookeeper保存数据的目录。
clientPort：客户端连接 Zookeeper 服务器的端口，Zookeeper 会监听这个端口，接受客户端的访问请求。
initLimit： 这个配置项是用来配置 Zookeeper 接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接Zookeeper服务器的客户端，而是 Zookeeper 服务器集群中连接到 Leader的Follower 服务器）初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数。当已经超过 5 个心跳的时间（也就是 tickTime）长度后 Zookeeper 服务器还没有收到客户端的返回信息，那么表明这个客户端连接失败。总的时间长度就是 52000=10秒
syncLimit：这个配置项标识 Leader 与 Follower 之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个tickTime 的时间长度，总的时间长度就是 22000=4 秒
server.A=B：C：D：其 中 A 是一个数字，表示这个是第几号服务器；B 是这个服务器的ip地址；C 表示的是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口；D表示的是万一集群中的 Leader 服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。如果是伪集群的配置方式，由于B都是一样，所以不同的Zookeeper实例通信端口号不能一样，所以要给它们分配不同的端口号。
Zookeeper 操作
常用命令
ls命令功能 ls 命令获取路径下的节点信息(所有子节点),注意路径为绝对路径 作用 ls /zookeepercreate命令功能 创建 zookeeper 下的节点 create /path null创建 zookeeper 下的空节点 create -s /path data创建 zookeeper 下的持续节点 craete -e /path data创建 zookeeper 下的瞬时节点后
即与 zookeeper 断开连接后，创建的瞬时节点会自动移除。get命令功能 获取 zookeeper 下节点中的信息 get /path获取指定的节点信息 delete 命令功能 删除 Zookeeper 中节点 delete /path删除 /path节点，注意/path下面必须没有子节点，不然不能删除
Zookeeper API 使用
使用 RMI （Remote Method Innvocation），远程调用方法。
使用 zookeeper 作为注册中心
RMI 案例
服务提供端
ServiceProvider.java：连接 zk，发布服务到 zk 上
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67public class ServiceProvider {
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ServiceProvider.class);
// 用于等待 SyncConnected 事件触发后继续执行当前线程
private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
// 发布 RMI 服务并注册 RMI 地址到 ZooKeeper 中
public void publish(Remote remote, String host, int port) {
String url = publishService(remote, host, port); // 发布 RMI 服务并返回 RMI 地址
if (url != null) {
ZooKeeper zk = connectServer(); // 连接 ZooKeeper 服务器并获取 ZooKeeper 对象
if (zk != null) {
createNode(zk, url); // 创建 ZNode 并将 RMI 地址放入 ZNode 上
}
}
}
// 发布 RMI 服务
private String publishService(Remote remote, String host, int port) {
String url = null;
try {
// rmi://localhost:1099/demo.zookeeper.remoting.server.HelloServiceImpl
url = String.format("rmi://%s:%d/%s", host, port, remote.getClass().getName());
LocateRegistry.createRegistry(port);
Naming.rebind(url, remote);
LOGGER.debug("publish rmi service (url: {})", url);
} catch (RemoteException | MalformedURLException e) {
LOGGER.error("", e);
}
return url;
}
// 连接 ZooKeeper 服务器
private ZooKeeper connectServer() {
ZooKeeper zk = null;
try {
zk = new ZooKeeper(Constant.ZK_CONNECTION_STRING, Constant.ZK_SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown(); // 唤醒当前正在执行的线程
}
}
});
latch.await(); // 使当前线程处于等待状态
} catch (IOException | InterruptedException e) {
LOGGER.error("", e);
}
return zk;
}
// 创建 ZNode
private void createNode(ZooKeeper zk, String url) {
try {
byte[] data = url.getBytes();
// /registry/provider
// /registry/provider000000003
String path = zk.create(Constant.ZK_PROVIDER_PATH, data, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL); // 创建一个临时性且有序的 ZNode
LOGGER.debug("create zookeeper node ({} => {})", path, url);
} catch (KeeperException | InterruptedException e) {
LOGGER.error("", e);
}
}
}HelloServiceImpl.java：服务具体实现类
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10public class HelloServiceImpl extends UnicastRemoteObject implements HelloService {
protected HelloServiceImpl() throws RemoteException {
}
public String sayHello(String name) throws RemoteException {
return String.format("Hello %s", name);
}
}Server.java ：服务提供者
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13public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String host = "localhost";
int port = Integer.parseInt("11117");
ServiceProvider provider = new ServiceProvider();
HelloService helloService = new HelloServiceImpl();
provider.publish(helloService, host, port);
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
}
服务消费端
ServiceConsumer.java:连接 zk ，获取服务列表
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99public class ServiceConsumer {
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ServiceConsumer.class);
// 用于等待 SyncConnected 事件触发后继续执行当前线程
private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
// 定义一个 volatile 成员变量，用于保存最新的 RMI 地址（考虑到该变量或许会被其它线程所修改，一旦修改后，该变量的值会影响到所有线程）
private volatile List<String> urlList = new ArrayList<>();
// 构造器
public ServiceConsumer() {
ZooKeeper zk = connectServer(); // 连接 ZooKeeper 服务器并获取 ZooKeeper 对象
if (zk != null) {
watchNode(zk); // 观察 /registry 节点的所有子节点并更新 urlList 成员变量
}
}
// 查找 RMI 服务
public <T extends Remote> T lookup() {
T service = null;
int size = urlList.size();
if (size > 0) {
String url;
if (size == 1) {
url = urlList.get(0); // 若 urlList 中只有一个元素，则直接获取该元素
LOGGER.debug("using only url: {}", url);
} else {
url = urlList.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(size)); // 若 urlList 中存在多个元素，则随机获取一个元素
LOGGER.debug("using random url: {}", url);
}
System.out.println(url);
service = lookupService(url); // 从 JNDI 中查找 RMI 服务
}
return service;
}
// 连接 ZooKeeper 服务器
private ZooKeeper connectServer() {
ZooKeeper zk = null;
try {
zk = new ZooKeeper(Constant.ZK_CONNECTION_STRING, Constant.ZK_SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown(); // 唤醒当前正在执行的线程
}
}
});
latch.await(); // 使当前线程处于等待状态
} catch (IOException | InterruptedException e) {
LOGGER.error("", e);
}
return zk;
}
// 观察 /registry 节点下所有子节点是否有变化
private void watchNode(final ZooKeeper zk) {
try {
List<String> nodeList = zk.getChildren(Constant.ZK_REGISTRY_PATH, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeChildrenChanged) {
watchNode(zk); // 若子节点有变化，则重新调用该方法（为了获取最新子节点中的数据）
}
}
});
List<String> dataList = new ArrayList<>(); // 用于存放 /registry 所有子节点中的数据
for (String node : nodeList) { // /registry/provider00000000003
byte[] data = zk.getData(Constant.ZK_REGISTRY_PATH + "/" + node, false, null); // 获取 /registry 的子节点中的数据
dataList.add(new String(data));
}
LOGGER.debug("node data: {}", dataList);
urlList = dataList; // 更新最新的 RMI 地址
} catch (KeeperException | InterruptedException e) {
LOGGER.error("", e);
}
}
// 在 JNDI 中查找 RMI 远程服务对象
("unchecked")
private <T> T lookupService(String url) {
T remote = null;
try {
remote = (T) Naming.lookup(url);
} catch (NotBoundException | MalformedURLException | RemoteException e) {
if (e instanceof ConnectException) {
// 若连接中断，则使用 urlList 中第一个 RMI 地址来查找（这是一种简单的重试方式，确保不会抛出异常）
LOGGER.error("ConnectException -> url: {}", url);
if (urlList.size() != 0) {
url = urlList.get(0);
return lookupService(url);
}
}
LOGGER.error("", e);
}
return remote;
}
}RmiClient.java
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13public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServiceConsumer consumer = new ServiceConsumer();
// zookeeper测试
while (true) {
HelloService helloService = consumer.lookup();
String result = helloService.sayHello("Jack");
System.out.println(result);
Thread.sleep(2000);
}
}
}
共有
HelloService.java
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4public interface HelloService extends Remote {
String sayHello(String name) throws RemoteException;
}Constant.java：
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7public interface Constant {
String ZK_CONNECTION_STRING = "node02:2181,node03:2181,node04:2181";
int ZK_SESSION_TIMEOUT = 5000;
String ZK_REGISTRY_PATH = "/registry";
String ZK_PROVIDER_PATH = ZK_REGISTRY_PATH + "/provider";
}
Socket 案例
Socket 服务端向 zk 注册服务，Socket 客户端从 zk 获取服务列表，从而连接服务器
Server.java
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84public class Server {
private ZooKeeper zk = null;
private String zkHost = "node02:2181,node03:2181,node04:2181";
private int SESSION_OUT = 3000;
private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
public static void main(String[] args) throws Exception {
for(int i = 0; i < 3; i++){
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
String host = "localhost";
/*Random random = new Random();
String num = String.format("2%4d",random.nextInt(9999));*/
int port = (int)((Math.random()*9+1)*10000);
String address = host + ":" + String.valueOf(port);
// 创建对象
Server s = new Server();
// 连接 zk 集群
s.connectZk();
// 开启服务端
ServerSocket server = new ServerSocket(port);
// 注册服务
s.registryService(address);
while (true) {
Socket client = server.accept();
handleReq(client);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t.start();
}
}
/**
* 连接 zk 集群
*
* @throws Exception
*/
private void connectZk() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(zkHost, SESSION_OUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown();
}
}
});
latch.await();
}
/**
* 注册服务
*
* @param address
*/
private void registryService(String address) throws Exception {
String path = "/myRegistry/service";
zk.create(path,address.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
/**
* 处理客户端请求
*
* @param client
* @throws Exception
*/
private static void handleReq(Socket client) throws Exception {
OutputStream os = client.getOutputStream();
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(os, "utf-8");
BufferedWriter writer = new BufferedWriter(osw);
writer.write("Hello Client");
writer.newLine();
writer.flush();
client.close();
}
}Client.java
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105public class Client {
private ZooKeeper zk = null;
private String zkHost = "node02:2181,node03:2181,node04:2181";
private int SESSION_OUT = 3000;
private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
private List<String> urlList = null;
private Socket client = null;
public static void main(String[] args) throws Exception {
Client c = new Client();
// 连接 zk 集群
c.connectZk();
// 获取注册服务列表
c.getRegistryList();
while (true) {
// 连接服务器
c.connectServer();
}
}
/**
* 连接 zk 集群
*/
private void connectZk() {
try {
zk = new ZooKeeper(zkHost, SESSION_OUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown();
}
}
});
latch.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 获取服务列表
*/
private void getRegistryList() {
List<String> nodeList = null;
try {
nodeList = zk.getChildren("/myRegistry", new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeChildrenChanged) {
System.out.println("节点发生变化。。。");
getRegistryList(); // 调用自身方法
}
}
});
urlList = new ArrayList<>();
for (String node : nodeList) {
byte[] data = zk.getData("/myRegistry/" + node, null, null);
String url = new String(data);
urlList.add(url);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 连接服务器
*
* @throws Exception
*/
private void connectServer() throws Exception {
String url = null;
String host = null;
if (this.urlList.size() == 0) {
System.out.println("没有可用的服务器....");
Thread.sleep(2000);
return;
} else if (this.urlList.size() == 1) {
url = this.urlList.get(0);
} else {
Random random = new Random();
url = this.urlList.get(random.nextInt(urlList.size()));
}
host = url.substring(0, url.indexOf(":"));
int port = Integer.valueOf(url.substring(url.indexOf(":") + 1));
client = new Socket(host, port);
InputStream is = client.getInputStream();
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");
BufferedReader reader = new BufferedReader(isr);
String line = reader.readLine();
System.out.println(host + ":" + port + " 服务器响应消息: " + line);
Thread.sleep(2000);
client.close();
}
}