大数据学习之Zookeeper
Zookeeper
1.Zookeeper概念简介
Zookeeper是一个分布式协调服务；就是为用户的分布式应用程序提供协调服务
A、zookeeper是为别的分布式程序服务的
B、Zookeeper本身就是一个分布式程序（只要有半数以上节点存活，zk就能正常服务）
C、Zookeeper所提供的服务涵盖：主从协调、服务器节点动态上下线、统一配置管理、分布式共享锁、统一名称服务……
D、虽然说可以提供各种服务，但是zookeeper在底层其实只提供了两个功能：
管理(存储，读取)用户程序提交的数据；
并为用户程序提供数据节点监听服务；
Zookeeper常用应用场景：
《见图》
Zookeeper集群的角色： Leader 和 follower （Observer）
只要集群中有半数以上节点存活，集群就能提供服务（部署服务的时候一般使用奇数，3,5,7）
2.zookeeper集群机制
半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。
zookeeper适合装在奇数台机器上！！！
3.安装
简化：
1：时间同步 ntpdate 0.
2：上传文件，解压
3：修改zoo.cfg(拷贝zoo_sample.cfg)
dataDir=/usr/local/zookeeper*/data
server.1=hadoop01:2888:3888
server.2=hadoop02:2888:3888
server.3=hadoop03:2888:3888
4:创建文件夹 /usr/local/zookeeper*/data
在data文件夹下面创建myid文件 echo “1” > myid
5:分发 对应好
6：启动 bin/zkServer.sh start|status|stop 配置环境变量
机器部署
安装到3台虚拟机上
安装好JDK
上传
上传用工具。
解压
su – hadoop（切换到hadoop用户）
tar -zxvf zookeeper-3.4.5.tar.gz（解压）
重命名
mv zookeeper-3.4.5 zookeeper（重命名文件夹zookeeper-3.4.5为zookeeper）
修改环境变量
1、su – root(切换用户到root)
2、vi /etc/profile(修改文件)
3、添加内容：
|
export ZOOKEEPER_HOME=/home/hadoop/zookeeper export PATH=$PATH:$ZOOKEEPER_HOME/bin |
4、重新编译文件：
source /etc/profile
5、注意：3台zookeeper都需要修改
6、修改完成后切换回hadoop用户：
su - hadoop
修改配置文件
1、用hadoop用户操作
cd zookeeper/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
2、vi zoo.cfg
3、添加内容：
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dataDir=/home/hadoop/zookeeper/data dataLogDir=/home/hadoop/zookeeper/log server.1=slave1:2888:3888 (主机名, 心跳端口、数据端口) server.2=slave2:2888:3888 server.3=slave3:2888:3888 |
4、创建文件夹：
cd /home/hadoop/zookeeper/
mkdir -m 755 data
mkdir -m 755 log
5、在data文件夹下新建myid文件，myid的文件内容为：
cd data
vi myid
添加内容：
1
将集群下发到其他机器上
scp -r /home/hadoop/zookeeper hadoop@slave2:/home/hadoop/
scp -r /home/hadoop/zookeeper hadoop@slave3:/home/hadoop/
修改其他机器的配置文件
到slave2上：修改myid为：2
到slave3上：修改myid为：3
启动（每台机器）
zkServer.sh start
查看集群状态
jps（查看进程）
zkServer.sh status（查看集群状态，主从信息）
4.zookeeper结构和命令
4.1 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
4.2 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，下一页详细讲解）
4、客户端应用可以在节点上设置监视器（后续详细讲解）
4.3 数据结构的图
4.4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
4.5 zookeeper命令行操作
运行 zkCli.sh –server <ip>进入命令行工具
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
5. zookeeper-api应用
5.1基本使用
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 1 所示几类主要方法 ：
|
功能 |
描述 |
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create |
在本地目录树中创建一个节点 |
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delete |
删除一个节点 |
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exists |
测试本地是否存在目标节点 |
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get/set data |
从目标节点上读取 / 写数据 |
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get/set ACL |
获取 / 设置目标节点访问控制列表信息 |
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get children |
检索一个子节点上的列表 |
表 1 ： ZooKeeper API 描述
5.2 demo增删改查
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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(); } } |
Zookeeper的监听器工作机制
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
6.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
A、客户端实现
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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
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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); }
AppServer as = new AppServer(); as.connectZookeeper(args[0]); as.handle(); } } |
7.zookeeper原理
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
7.1 zookeeper的选举机制（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.
7.2 非全新集群的选举机制(数据恢复)
那么，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。
