zookeeper（四）：核心原理（Watcher、事件和状态）
zookeeper主要是为了统一分布式系统中各个节点的工作状态，在资源冲突的情况下协调提供节点资源抢占，提供给每个节点了解整个集群所处状态的途径。这一切的实现都依赖于zookeeper中的事件监听和通知机制。
zookeeper中的事件和状态
事件和状态构成了zookeeper客户端连接描述的两个维度。注意，网上很多帖子都是在介绍zookeeper客户端连接的事件，但是忽略了zookeeper客户端状态的变化也是要进行监听和通知的。这里我们通过下面的两个表详细介绍zookeeper中的事件和状态（zookeeper API中被定义为@Deprecated的事件和状态就不介绍了）。
zookeeper客户端与zookeeper server连接的状态
| 连接状态 | 状态含义 |
|---|---|
| KeeperState.Expired | 客户端和服务器在ticktime的时间周期内，是要发送心跳通知的。这是租约协议的一个实现。客户端发送request，告诉服务器其上一个租约时间，服务器收到这个请求后，告诉客户端其下一个租约时间是哪个时间点。当客户端时间戳达到最后一个租约时间，而没有收到服务器发来的任何新租约时间，即认为自己下线（此后客户端会废弃这次连接，并试图重新建立连接）。这个过期状态就是Expired状态 |
| KeeperState.Disconnected | 就像上面那个状态所述，当客户端断开一个连接（可能是租约期满，也可能是客户端主动断开）这是客户端和服务器的连接就是Disconnected状态 |
| KeeperState.SyncConnected | 一旦客户端和服务器的某一个节点建立连接（注意，虽然集群有多个节点，但是客户端一次连接到一个节点就行了），并完成一次version、zxid的同步，这时的客户端和服务器的连接状态就是SyncConnected |
| KeeperState.AuthFailed | zookeeper客户端进行连接认证失败时，发生该状态 |
需要说明的是，这些状态在触发时，所记录的事件类型都是：EventType.None。
zookeeper中的watch事件(当zookeeper客户端监听某个znode节点”/node-x”时)
| zookeeper事件 | 事件含义 |
|---|---|
| EventType.NodeCreated | 当node-x这个节点被创建时，该事件被触发 |
| EventType.NodeChildrenChanged | 当node-x这个节点的直接子节点被创建、被删除、子节点数据发生变更时，该事件被触发。 |
| EventType.NodeDataChanged | 当node-x这个节点的数据发生变更时，该事件被触发 |
| EventType.NodeDeleted | 当node-x这个节点被删除时，该事件被触发。 |
| EventType.None | 当zookeeper客户端的连接状态发生变更时，即KeeperState.Expired、KeeperState.Disconnected、KeeperState.SyncConnected、KeeperState.AuthFailed状态切换时，描述的事件类型为EventType.None |
watch机制
Znode发生变化（Znode本身的增加，删除，修改，以及子Znode的变化）可以通过Watch机制通知到客户端。那么要实现Watch，就必须实现org.apache.zookeeper.Watcher接口，并且将实现类的对象传入到可以Watch的方法中。Zookeeper中所有读操作（getData()，getChildren()，exists()）都可以设置Watch选项。Watch事件具有one-time trigger（一次性触发）的特性，如果Watch监视的Znode有变化，那么就会通知设置该Watch的客户端。
在上述说道的所有读操作中，如果需要Watcher，我们可以自定义Watcher，如果是Boolean型变量，当为true时，则使用系统默认的Watcher，系统默认的Watcher是在Zookeeper的构造函数中定义的Watcher。参数中Watcher为空或者false，表示不启用Wather。
watch特性1：一次性触发器
客户端在Znode设置了Watch时，如果Znode内容发生改变，那么客户端就会获得Watch事件。例如：客户端设置getData("/znode1", true)后，如果/znode1发生改变或者删除，那么客户端就会得到一个/znode1的Watch事件，但是/znode1再次发生变化，那客户端是无法收到Watch事件的，除非客户端设置了新的Watch。
watch特性2：发送至客户端
Watch事件是异步发送到Client。Zookeeper可以保证客户端发送过去的更新顺序是有序的。例如：某个Znode没有设置watcher，那么客户端对这个Znode设置Watcher发送到集群之前，该客户端是感知不到该Znode任何的改变情况的。换个角度来解释：由于Watch有一次性触发的特点，所以在服务器端没有Watcher的情况下，Znode的任何变更就不会通知到客户端。不过，即使某个Znode设置了Watcher，且在Znode有变化的情况下通知到了客户端，但是在客户端接收到这个变化事件，但是还没有再次设置Watcher之前，如果其他客户端对该Znode做了修改，这种情况下，Znode第二次的变化客户端是无法收到通知的。这可能是由于网络延迟或者是其他因素导致，所以我们使用Zookeeper不能期望能够监控到节点每次的变化。Zookeeper只能保证最终的一致性，而无法保证强一致性。
watch特性3：设置watch的数据内容
Znode改变有很多种方式，例如：节点创建，节点删除，节点改变，子节点改变等等。Zookeeper维护了两个Watch列表，一个节点数据Watch列表，另一个是子节点Watch列表。getData()和exists()设置数据Watch，getChildren()设置子节点Watch。两者选其一，可以让我们根据不同的返回结果选择不同的Watch方式，getData()和exists()返回节点的内容，getChildren()返回子节点列表。因此，setData()触发内容Watch，create()触发当前节点的内容Watch或者是其父节点的子节点Watch。delete()同时触发父节点的子节点Watch和内容Watch，以及子节点的内容Watch。
Zookeeper Watcher的运行机制
1，Watch是轻量级的，其实就是本地JVM的Callback，服务器端只是存了是否有设置了Watcher的布尔类型。（源码见：org.apache.zookeeper.server.FinalRequestProcessor）
2，在服务端，在FinalRequestProcessor处理对应的Znode操作时，会根据客户端传递的watcher变量，添加到对应的ZKDatabase（org.apache.zookeeper.server.ZKDatabase）中进行持久化存储，同时将自己NIOServerCnxn做为一个Watcher callback，监听服务端事件变化
3，Leader通过投票通过了某次Znode变化的请求后，然后通知对应的Follower，Follower根据自己内存中的zkDataBase信息，发送notification信息给zookeeper客户端。
4，Zookeeper客户端接收到notification信息后，找到对应变化path的watcher列表，挨个进行触发回调。
流程图
import java.util.List; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; import org.apache.zookeeper.CreateMode; import org.apache.zookeeper.WatchedEvent; import org.apache.zookeeper.Watcher; import org.apache.zookeeper.Watcher.Event.EventType; import org.apache.zookeeper.Watcher.Event.KeeperState; import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids; import org.apache.zookeeper.ZooKeeper; import org.apache.zookeeper.data.Stat; /** * Zookeeper Wathcher * 本类就是一个Watcher类（实现了org.apache.zookeeper.Watcher类） * @author（alienware） * @since 2015-6-14 */ public class ZooKeeperWatcher implements Watcher { /** 定义原子变量 */ AtomicInteger seq = new AtomicInteger(); /** 定义session失效时间 */ private static final int SESSION_TIMEOUT = 10000; /** zookeeper服务器地址 */ private static final String CONNECTION_ADDR = "192.168.1.121:2181,192.168.1.122:2181,192.168.1.123:2181"; /** zk父路径设置 */ private static final String PARENT_PATH = "/p"; /** zk子路径设置 */ private static final String CHILDREN_PATH = "/p/c"; /** 进入标识 */ private static final String LOG_PREFIX_OF_MAIN = "【Main】"; /** zk变量 */ private ZooKeeper zk = null; /**用于等待zookeeper连接建立之后 通知阻塞程序继续向下执行 */ private CountDownLatch connectedSemaphore = new CountDownLatch(1); /** * 创建ZK连接 * @param connectAddr ZK服务器地址列表 * @param sessionTimeout Session超时时间 */ public void createConnection(String connectAddr, int sessionTimeout) { this.releaseConnection(); try { //this表示把当前对象进行传递到其中去（也就是在主函数里实例化的new ZooKeeperWatcher()实例对象） zk = new ZooKeeper(connectAddr, sessionTimeout, this); System.out.println(LOG_PREFIX_OF_MAIN + "开始连接ZK服务器"); connectedSemaphore.await(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } /** * 关闭ZK连接 */ public void releaseConnection() { if (this.zk != null) { try { this.zk.close(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } /** * 创建节点 * @param path 节点路径 * @param data 数据内容 * @return */ public boolean createPath(String path, String data, boolean needWatch) { try { //设置监控(由于zookeeper的监控都是一次性的所以 每次必须设置监控) this.zk.exists(path, needWatch); System.out.println(LOG_PREFIX_OF_MAIN + "节点创建成功, Path: " + this.zk.create( /**路径*/ path, /**数据*/ data.getBytes(), /**所有可见*/ Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, /**永久存储*/ CreateMode.PERSISTENT ) + ", content: " + data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return false; } return true; } /** * 读取指定节点数据内容 * @param path 节点路径 * @return */ public String readData(String path, boolean needWatch) { try { System.out.println("读取数据操作..."); return new String(this.zk.getData(path, needWatch, null)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return ""; } } /** * 更新指定节点数据内容 * @param path 节点路径 * @param data 数据内容 * @return */ public boolean writeData(String path, String data) { try { System.out.println(LOG_PREFIX_OF_MAIN + "更新数据成功，path：" + path + ", stat: " + this.zk.setData(path, data.getBytes(), -1)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return false; } return true; } /** * 删除指定节点 * * @param path * 节点path */ public void deleteNode(String path) { try { this.zk.delete(path, -1); System.out.println(LOG_PREFIX_OF_MAIN + "删除节点成功，path：" + path); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } /** * 判断指定节点是否存在 * @param path 节点路径 */ public Stat exists(String path, boolean needWatch) { try { return this.zk.exists(path, needWatch); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * 获取子节点 * @param path 节点路径 */ private List<String> getChildren(String path, boolean needWatch) { try { System.out.println("读取子节点操作..."); return this.zk.getChildren(path, needWatch); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * 删除所有节点 */ public void deleteAllTestPath(boolean needWatch) { if(this.exists(CHILDREN_PATH, needWatch) != null){ this.deleteNode(CHILDREN_PATH); } if(this.exists(PARENT_PATH, needWatch) != null){ this.deleteNode(PARENT_PATH); } } /** * 收到来自Server的Watcher通知后的处理。 */ @Override public void process(WatchedEvent event) { System.out.println("进入 process 。。。。。event = " + event); try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (event == null) { return; } // 连接状态 KeeperState keeperState = event.getState(); // 事件类型 EventType eventType = event.getType(); // 受影响的path String path = event.getPath(); //原子对象seq 记录进入process的次数 String logPrefix = "【Watcher-" + this.seq.incrementAndGet() + "】"; System.out.println(logPrefix + "收到Watcher通知"); System.out.println(logPrefix + "连接状态:\t" + keeperState.toString()); System.out.println(logPrefix + "事件类型:\t" + eventType.toString()); if (KeeperState.SyncConnected == keeperState) { // 成功连接上ZK服务器 if (EventType.None == eventType) { System.out.println(logPrefix + "成功连接上ZK服务器"); connectedSemaphore.countDown(); } //创建节点 else if (EventType.NodeCreated == eventType) { System.out.println(logPrefix + "节点创建"); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //更新节点 else if (EventType.NodeDataChanged == eventType) { System.out.println(logPrefix + "节点数据更新"); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //更新子节点 else if (EventType.NodeChildrenChanged == eventType) { System.out.println(logPrefix + "子节点变更"); try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //删除节点 else if (EventType.NodeDeleted == eventType) { System.out.println(logPrefix + "节点 " + path + " 被删除"); } else ; } else if (KeeperState.Disconnected == keeperState) { System.out.println(logPrefix + "与ZK服务器断开连接"); } else if (KeeperState.AuthFailed == keeperState) { System.out.println(logPrefix + "权限检查失败"); } else if (KeeperState.Expired == keeperState) { System.out.println(logPrefix + "会话失效"); } else ; System.out.println("--------------------------------------------"); } /** * <B>方法名称：</B>测试zookeeper监控<BR> * <B>概要说明：</B>主要测试watch功能<BR> * @param args * @throws Exception */ public static void main(String[] args) throws Exception { //建立watcher //当前客户端可以称为一个watcher 观察者角色 ZooKeeperWatcher zkWatch = new ZooKeeperWatcher(); //创建连接 zkWatch.createConnection(CONNECTION_ADDR, SESSION_TIMEOUT); //System.out.println(zkWatch.zk.toString()); Thread.sleep(1000); // 清理节点 zkWatch.deleteAllTestPath(false); //-----------------第一步: 创建父节点 /p ------------------------// if (zkWatch.createPath(PARENT_PATH, System.currentTimeMillis() + "", true)) { Thread.sleep(1000); //-----------------第二步: 读取节点 /p 和 读取/p节点下的子节点(getChildren)的区别 --------------// // 读取数据 zkWatch.readData(PARENT_PATH, true); // 读取子节点(监控childNodeChange事件) zkWatch.getChildren(PARENT_PATH, true); // 更新数据 zkWatch.writeData(PARENT_PATH, System.currentTimeMillis() + ""); Thread.sleep(1000); // 创建子节点 zkWatch.createPath(CHILDREN_PATH, System.currentTimeMillis() + "", true); //-----------------第三步: 建立子节点的触发 --------------// // zkWatch.createPath(CHILDREN_PATH + "/c1", System.currentTimeMillis() + "", true); // zkWatch.createPath(CHILDREN_PATH + "/c1/c2", System.currentTimeMillis() + "", true); //-----------------第四步: 更新子节点数据的触发 --------------// //在进行修改之前，我们需要watch一下这个节点： Thread.sleep(1000); zkWatch.readData(CHILDREN_PATH, true); zkWatch.writeData(CHILDREN_PATH, System.currentTimeMillis() + ""); } Thread.sleep(10000); // 清理节点 zkWatch.deleteAllTestPath(false); Thread.sleep(10000); zkWatch.releaseConnection(); } }
