ZooKeeper
ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是Hadoop和Hbase的重要组件，为分布式应用提供一致性服务的软件。
ZooKeeper是以Fast Paxos算法为基础,实现同步服务,配置维护和命名服务等分布式应用。
ZooKeeper为分布式系统提供了高效可靠且易于使用的协同服务，可以为分布式应用提供相当多的服务，诸如统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理和组服务等。
1.ZooKeeper设计目的
1.最终一致性：client不论连接到哪个Server，展示给它都是同一个视图，这是zookeeper最重要的性能。
2 .可靠性：具有简单、健壮、良好的性能，如果消息m被一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受。
3 .实时性：Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。但由于网络延时等原因，Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口。
4 .等待无关（wait-free）：慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每个client都能有效的等待。
5.原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态。
6 .顺序性：包括全局有序和偏序两种：全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面。
2.ZooKeeper数据模型
ZooKeeper的数据模型有些像操作系统的文件结构，如下图
(1) 每个节点在zookeeper中叫做znode，并且其有一个唯一的路径标识，如/SubApp1节点的标识就为/APP3/SubApp1
(2) Znode可以有子znode，并且znode里可以存数据，但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点
(3) 每个Znode维护着一个属性结构，它包含着版本号，ACL变更(访问控制)，时间戳等元数据信息
(4) Znode是具有层次结构、可共享的、结构与文件系统的目录结构类似
3.Znode特性
(1) watches:
客户端可以在节点上设置watch(我们成为监视器)。当节点的状态发生改变时(数据的增、删、改等操作)将会触发watch对应的操作。当watch被触发时
ZooKeeper将会向客户端发送仅发送一个通知，因为watch只能被触发一次。
(2) 数据访问
ZooKeeper中的每个节点上存储的数据需要被原子性的操作。也就是说，读操作将获取与节点相关的所有数据，写操作也将替换节点的所有数据。另外
每一个节点拥有自己的ACL（访问控制列表），这个列表规定的用户的权限，即限定了特定用户对目标节点可以执行的操作。
(3) 临时节点
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。ZooKeeper临时节点的生命周期依赖于创建
于它们的会话。一旦会话结束，临时节点将被自动删除，当然也可以手动删除。另外，需要注意的是，ZooKeeper的临时节点不允许拥有子节点。相反
永久节点的生命周期不依赖与会话，并且只有在客户端显示执行删除操作的时候，它们才被删除。
(4) 顺序节点(唯一性的保证)
当创建Znode的时候，用户可以请求ZooKeeper生出序列，一路径名为前缀，连击数起紧接在路径名后面。
4.Znode属性结构
ZooKeeper中使用Zxid来表示每次节点数据变更，一个Zxid与一个时间戳对应，所以多个不同的变更对应的事务是有序的。下面是Znode的组成结构：
czxid 节点被创建的Zxid值
mzxid 节点被修改的Zxid值
ctime 节点被创建的时间
mtime 节点最后一次被修改的时间
versoin 节点被修改的版本号
cversion 节点的所拥有子节点被修改的版本号
aversion 节点的ACL被修改的版本号
emphemeralOwner 如果此节点为临时节点，那么它的值为这个节点拥有者的会话ID；否则，它的值为0
dataLength 节点数据域的长度
numChildren 节点拥有的子节点个数
5.ZooKeeper系统模型
- 客户端可以连接到每个server，每个server的数据完全相同。
- 每个follower都和leader有连接，接受leader的数据更新操作。
- Server记录事务日志和快照到持久存储。
- 大多数server可用，整体服务就可用。
6.ZooKeeper工作原理
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。Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播
模式（同步）。当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数Server完成了和leader的状态同步以后，恢复模式就结束了状
态同步保证了leader和Server具有相同的系统状态。
为了保证事务的顺序一致性，zookeeper采用了递增的事务id号（zxid）来标识事务。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位的
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，标识当前属于那个leader的统治时期。低32位用于递增计数。
每个Server在工作过程中有三种状态：
LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻
LEADING：当前Server即为选举出来的leader
FOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步
7.Zookeeper工作流程--选主流程
当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时候zk进入恢复模式，恢复模式需要重新选举出一个新的leader，让所有的Server都恢复到一个正确的状态。Zk的选举
算法有两种：一种是基于basic paxos实现的，另外一种是基于fast paxos算法实现的
(1) basic paxos流程 (2) fast paxos流程
8.Zookeeper工作流程--同步流程
1. leader等待server连接；
2 .Follower连接leader，将最大的zxid发送给leader；
3 .Leader根据follower的zxid确定同步点
4 .完成同步后通知follower 已经成为uptodate状态；
5 .Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的请求进行服务了。
流程图如下：
9.Leader工作流程
Leader主要有三个功能：
-
1 .恢复数据；
-
2 .维持与Learner的心跳，接收Learner请求并判断Learner的请求消息类型；
-
3 .Learner的消息类型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根据不同的消息类型，进行不同的处理。
PING消息是指Learner的心跳信息；REQUEST消息是Follower发送的提议信息，包括写请求及同步请求；ACK消息是Follower的对提议的回复，超过半数的Follower通过
则commit该提议；REVALIDATE消息是用来延长SESSION有效时间。
Leader的工作流程简图如下所示：
10.Follower工作流程
Follower主要有四个功能：
1. 向Leader发送请求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；
2 .接收Leader消息并进行处理；
3 .接收Client的请求，如果为写请求，发送给Leader进行投票；
4 .返回Client结果。
Follower的消息循环处理如下几种来自Leader的消息：
1 .PING消息： 心跳消息；
2 .PROPOSAL消息：Leader发起的提案，要求Follower投票；
3 .COMMIT消息：服务器端最新一次提案的信息；
4 .UPTODATE消息：表明同步完成；
5 .REVALIDATE消息：根据Leader的REVALIDATE结果，关闭待revalidate的session还是允许其接受消息；
6 .SYNC消息：返回SYNC结果到客户端，这个消息最初由客户端发起，用来强制得到最新的更新。
Follower的工作流程简图如下所示:
11.Zookeeper应用场景
数据发布于订阅(配置中心)
负载均衡
命名服务
分布式通知/协调
集群管理与master选举
集群机器监控
分布式锁
资料：
安装和使用:http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/
源码：http://www.csdn.net/tag/zookeeper/download
