zookeeper学习记录

背景

前段时间看了S4流计算引擎，里面使用到了zookeeper进行集群管理，所以也就花了点时间研究了下zookeeper，不求看懂所有源码，但求了解其实现机制和原理，清楚其基本使用。这也是为后续hadoop,gridgain的分布式计算的产品。

学习

首先就是收集一些前人的一些学习资料和总结内容，方便自己快速入门。

这里罗列了几篇不错的文章：

• http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/ (介绍了zookeeper能用来干嘛)
• http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/zookeeperOver.html(官方文档，大致介绍zookeeper)

看了这两篇文章，基本可以对zookeeper有了一个感性的认识，它是一个什么？

zookeeper功能点：

• 统一命名空间(Name Service)
• 配置推送 (Watch)
• 集群管理(Group membership)

统一命名空间

在zookeeper中实现了一个类似file system系统的数据结构，比如/zookeeper/status。 每个节点都对应于一个znode节点。

znode节点的数据结构模型：

znode的数据结构内容：

• czxid

  The zxid of the change that caused this znode to be created.

• mzxid

  The zxid of the change that last modified this znode.

• ctime

  The time in milliseconds from epoch when this znode was created.

• mtime

  The time in milliseconds from epoch when this znode was last modified.

• version

  The number of changes to the data of this znode.

• cversion

  The number of changes to the children of this znode.

• aversion

  The number of changes to the ACL of this znode.

• ephemeralOwner

  The session id of the owner of this znode if the znode is an ephemeral node. If it is not an ephemeral node, it will be zero.

• dataLength

  The length of the data field of this znode.

• numChildren

  The number of children of this znode.

说明：　zxid (ZooKeeper Transaction Id，每次请求对应一个唯一的zxid，如果zxid a < zxid b ，则可以保证a一定发生在b之前)。

针对树状结构的处理，来看一下客户端使用的api :

Stringcreate(Stringpath,bytedata[],List<ACL>acl,CreateModecreateMode)
voidcreate(Stringpath,bytedata[],List<ACL>acl,CreateModecreateMode,StringCallbackcb,Objectctx)

voiddelete(Stringpath,intversion)
voiddelete(Stringpath,intversion,VoidCallbackcb,Objectctx)

StatsetData(Stringpath,bytedata[],intversion)
voidsetData(Stringpath,bytedata[],intversion,StatCallbackcb,Objectctx)

StatsetACL(Stringpath,List<ACL>acl,intversion)
voidsetACL(Stringpath,List<ACL>acl,intversion,StatCallbackcb,Objectctx)

Statexists(Stringpath,Watcherwatcher)
Statexists(Stringpath,booleanwatch)
voidexists(Stringpath,Watcherwatcher,StatCallbackcb,Objectctx)
voidexists(Stringpath,booleanwatch,StatCallbackcb,Objectctx)

byte[]getData(Stringpath,Watcherwatcher,Statstat)
byte[]getData(Stringpath,booleanwatch,Statstat)
voidgetData(Stringpath,Watcherwatcher,DataCallbackcb,Objectctx)
voidgetData(Stringpath,booleanwatch,DataCallbackcb,Objectctx)

List<String>getChildren(Stringpath,Watcherwatcher)
List<String>getChildren(Stringpath,booleanwatch)
voidgetChildren(Stringpath,Watcherwatcher,ChildrenCallbackcb,Objectctx)
voidgetChildren(Stringpath,booleanwatch,ChildrenCallbackcb,Objectctx)

List<String>getChildren(Stringpath,Watcherwatcher,Statstat)
List<String>getChildren(Stringpath,booleanwatch,Statstat)
voidgetChildren(Stringpath,Watcherwatcher,Children2Callbackcb,Objectctx)
voidgetChildren(Stringpath,booleanwatch,Children2Callbackcb,Objectctx)

说明：每一种按同步还是异步，添加指定watcher还是默认watcher又分为4种。默认watcher可以在ZooKeeper zk = new ZooKeeper(serverList, sessionTimeout, watcher)中进行指定。如果包含boolean watch的读方法传入true则将默认watcher注册为所关注事件的watch。如果传入false则不注册任何watch

CreateMode主要有几种：

• PERSISTENT (持续的，相比于EPHEMERAL，不会随着client session的close/expire而消失)
• PERSISTENT_SEQUENTIAL
• EPHEMERAL (短暂的，生命周期依赖于client session，对应session close/expire后其znode也会消失)
• EPHEMERAL_SEQUENTIAL (SEQUENTIAL意为顺序的)

AsyncCallback异步callback，根据操作类型的不同，也分几类：

• StringCallback
• VoidCallback
• StatCallback
• DataCallback (getData请求)
• ChildrenCallback
• Children2Callback

对应的ACL这里有篇不错的文章介绍，http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/947

配置推送(Watcher)

zookeeper为解决数据的一致性，使用了Watcher的异步回调接口，将服务端znode的变化以事件的形式通知给客户端，主要是一种反向推送的机制，让客户端可以做出及时响应。比如及时更新后端的可用集群服务列表。

这里有篇文章介绍Watcher/Callback比较详细，可以参考下：

• http://luzengyi.blog.163.com/blog/static/529188201064113744373/
• http://luzengyi.blog.163.com/blog/static/529188201061155444869/

如果想更好的理解Watcher的使用场景，可以了解下使用Watcher机制实现分布式的Barrier , Queue , Lock同步。

Barrier例子：

publicclassBarrierimplementsWatcher{

privatestaticfinalStringaddr="10.20.156.49:2181";
privateZooKeeperzk=null;
privateIntegermutex;
privateintsize=0;
privateStringroot;

publicBarrier(Stringroot,intsize){
this.root=root;
this.size=size;

try{
zk=newZooKeeper(addr,10*1000,this);
mutex=newInteger(-1);
Stats=zk.exists(root,false);
if(s==null){
zk.create(root,newbyte[0],Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
}

}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}

}

publicsynchronizedvoidprocess(WatchedEventevent){
synchronized(mutex){
mutex.notify();
}
}

publicbooleanenter(Stringname)throwsException{
zk.create(root+"/"+name,newbyte[0],Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL);
while(true){
synchronized(mutex){
List<String>list=zk.getChildren(root,true);
if(list.size()<size){
mutex.wait();
}else{
returntrue;
}
}
}
}

publicbooleanleave(Stringname)throwsKeeperException,InterruptedException{
zk.delete(root+"/"+name,0);
while(true){
synchronized(mutex){
List<String>list=zk.getChildren(root,true);
if(list.size()>0){
mutex.wait();
}else{
returntrue;
}
}
}
}

}

测试代码：

publicclassBarrierTest{

publicstaticvoidmain(Stringargs[])throwsException{
for(inti=0;i<3;i++){
Processp=newProcess("Thread-"+i,newBarrier("/test/barrier",3));
p.start();
}
}
}

classProcessextendsThread{

privateStringname;
privateBarrierbarrier;

publicProcess(Stringname,Barrierbarrier){
this.name=name;
this.barrier=barrier;
}

@Override
publicvoidrun(){
try{
barrier.enter(name);
System.out.println(name+"enter");
Thread.sleep(1000+newRandom().nextInt(2000));
barrier.leave(name);
System.out.println(name+"leave");
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}

通过该Barrier，可以协调不同任务之间的同步处理，这里主要还是利用了Watcher机制的反向推送，避免客户端的循环polling动作，只要针对有事件的变化做一次响应。

集群管理

我不罗嗦，taobao有几篇文章已经介绍的很详细。

• http://rdc.taobao.com/blog/cs/?p=162(paxos 实现)
• http://rdc.taobao.com/blog/cs/?p=261(paxos算法介绍续)
• http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/448(zookeeper代码解析)

zookeeper集群对server进行了归类，可分为：

• Leader
• Follower
• Obserer

说明：

1. Leader/Follower会通过选举算法进行选择，可以看一下http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/recipes.html里的Leader Election章节。

2. Observer主要是为提升zookeeper的性能，observer和follower的主要区别就是observer不参与Leader agreement vote处理。只提供读节点的处理，类似于master/slave的读请求。(http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/zookeeperObservers.html)

server.1:localhost:2181:3181:observer

3. 可通过命令行，查看当前server所处的状态

[ljh@ccbu-156-49bin]$echostat|nclocalhost2181
Zookeeperversion:3.3.3--1,builton06/24/201113:12GMT
Clients:
/10.16.4.30:34760[1](queued=0,recved=632,sent=632)
/127.0.0.1:43626[0](queued=0,recved=1,sent=0)
/10.16.4.30:34797[1](queued=0,recved=2917,sent=2917)

Latencymin/avg/max:0/0/33
Received:3552
Sent:3551
Outstanding:0
Zxid:0x200000003
Mode:follower##当前模式
Nodecount:8

使用zookeeper，我们能干些什么？

官方文档中，有举了几个应用场景，就是使用zookeeper提供分布式锁机制，从而实现分布式的一致性处理。

典型的几个场景：

• Barrier
• Queue
• Lock
• 2PC

可以参看一下：http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/recipes.html

其他

zookeeper基本是基于API和console进行znode的操作，并没有一个比较方便的操作界面，这里也发现了taobao 伯岩写的一个工具，可以比较方便的查询zookeeper信息。

工具的开发语言主要是node.js(最近比较火)，其标榜的是无阻塞的api使用。其原理主要是基于google的V8(chrome的javascript的解析器，C语言编写)，node.js本身是基于js语法进行开发，通过V8解析为C语言的执行代码

其标榜的无阻塞I/O实现，那可想而知就是linux系统下的select/poll的I/O模型。有兴趣的可以看下node.js的官网，下载一个玩玩。

文档地址：http://www.blogjava.net/killme2008/archive/2011/06/06/351793.html

代码地址： https://github.com/killme2008/node-zk-browser

通过git下载源码后，需要安装下node.js的几个模块express,express-namespace, zookeeper。 node.js下有个比较方便的模块管理器npm，类似于redhat的rpm，ubuntu的apt-get。

安装模块：

npminstall-gexpress

几个界面：