zookeeper 核心

• Zookeeper資料模型
• Zookeeper會話
• Zookeeper Watches
• 一致性保證（分散式事務涉及）

zookeeper 資料模型

定義

是zk的分層的名稱空間。類似分散式檔案系統。名稱空間的每個節點既可以關聯資料，又可以關聯目錄。並且路徑節點總是通過斜線”/”分隔

znodes

概念

zk中的每個節點都被稱為znode。
znode維護一個stat結構（包括資料變化的版本號、訪問控制列表變化和時間戳）

作用

版本號和時間戳可以讓zk驗證快取和協調更新。znode的資料只要發生了變化，版本號就會增加。
當客戶端執行更新或刪除時，客戶端必須提供他正在改變的znode的版本號。如果它提供的版本號和真實的資料版本號不一致，更新將會失敗（行為可能被覆蓋）

對zk進行程式設計主要是對znode作為主體操作

關於node的擴充套件

在分散式應用工程中，node可以指的是一般的主機，一個伺服器，全體成員的一員，一個客戶端程式，等等。在Zookeeper的文件中，znode指的是資料節點。Servers指的是組成Zookeeper服務的機器；quorum peers 指的是組成全體的servers；client指的是任何使用Zookeeper服務的主機和程式。

znode 基本特徵

watches

znode的變化將會觸發watches後清除watches。觸發watches時，Zookeeper向客戶端傳送一個通知

資料訪問

1. 名稱空間裡的每個znodes上的資料儲存都是原子性的讀取和寫入。
2. 讀取時獲取所有與znode有關的資料位元組，寫入時替換所有的資料位元組。
3. 每個節點通過訪問控制列表進行限制訪問
4. zk不用來儲存資料，只是用來管理協調資料。資料形式可以是配置表單，狀態資訊，集合點等
5. 各種形式的協調資料屬性都非常小
6. 如果需要大資料儲存，通常的做法是將資料儲存進大儲存器系統，如NFS和HDFS，然後將儲存指標和地址儲存進Zookeeper

臨時節點

znode一旦session建立就存在，session結束就被刪除
臨時節點不可以有子節點

序列節點

1. 當建立znode的時候你還可以請求在路徑的最後追加一個單調遞增的計數器
2. 計數器在父節點命名唯一。而且是int型別。

zookeeper 計時

Zxid（事務ID）

每個zk狀態的變化都以zxid的形式接收到標記
zx特徵：如果zxid1早於zxid2則zxid1一定小於zxid2。並且暴露zk所有變化的總排序

版本號

節點的每個變化都會引起那個節點的版本號的其中之一增加
1.version： 資料變化版本號
2.cversion：子目錄變化版本號
3.aversion：訪問控制列表的變化版本號

Ticks

1. 伺服器使用ticks定義事件（如狀態上傳，會話超時，同事之間的連線超時等）的時間。通常在多伺服器中使用
2. 如果一個客戶端請求會話超時小於最小的會話超時，伺服器就會告訴客戶端會話超時實際上是最低會話超時時間。

Real Time

zk不使用實時或時鐘時間，除了將時間戳加在znode建立和更新的stat結構上。

zookeeper Stat

• czxid - 引起這個znode建立的zxid
• mzxid - znode最後更新的zxid
• ctime - znode被建立的毫秒數(從1970年開始)
• mtime - znode最後修改的毫秒數(從1970年開始)
• version - znode資料變化號
• cversion - znode子節點變化號
• aversion - znode訪問控制列表的變化號
• ephemeralOwner - 如果是臨時節點這個是znode擁有者的session - id。如果不是臨時節點則是0。
• dataLength - znode的資料長度
• numChildren - znode子節點數量

zookeeper 會話

Zookeeper客戶端通過使用語言繫結在服務上建立一個handle建立一個和Zookeeper服務的會話

會話成功：handle連線zk伺服器。從connection變為connected狀態。
會話失敗：handle變為closed狀態(例如會話超時或授權失敗，或應用明確的關閉處理器)

建立客戶端會話
以逗號分隔開的host:port的列表
（eg:”127.0.0.1:4545” or “127.0.0.1:3000,127.0.0.1:3001,127.0.0.1:3002”)

zk會選擇任意一個服務並嘗試連線它。如果這個連線失敗，客戶端變為disconected，客戶端會自動的嘗試連線列表裡的下一個伺服器，直到建立連線

connectionString+chroot：改變程式執行時所參考的根目錄位置
chroot命令的作用

客戶端連線zk會話，作為安全措施，需要將sessionId（64位的數字）和密碼傳送給客戶端

當客戶端從ZK叢集分隔。它將開始搜尋在session建立期間指定的伺服器列表server.x 。session狀態將會從”connected”轉為”expired”(重建超時)

zk客戶端會自動重連，只有當zk通知session超時才能建立新的session。

zk叢集管理session會話

timeout決定會話何時過期。
當叢集在指定的session超時週期內沒有聽到客戶端(沒有心跳)時發生。
叢集會刪除全部session的臨時節點並立即通知其他客戶端(watch這些znode的客戶端)。

過期會話狀態轉化例項通過watcher檢視

1. ‘connected’：建立session且正在和叢集通訊
2. …客戶端從叢集分離
3. ‘disconnected’：客戶端丟失叢集的連線
4. …時間消失，’timeout’週期之後叢集過期session，客戶端什麼都看不到
5. …時間消失，客戶端收復叢集的連通性
6. ‘expired’：最終客戶端重連到叢集，然後是過期通知

zookeeper Watches

Zookeeper裡的所有讀取操作都有設定watch的選項 。watch事件是one-time觸發，向客戶端傳送設定watch，當設定watch的資料變化時發生

watch特徵

• 一次觸發
• 發往客戶端
• 為資料設定watch

Watch特徵

• Watches和其他事件、watches和非同步恢復都是有序的。Zookeeper客戶端保證每件事都是有序派發。
• 客戶端在看到新資料之前先看到watch事件。
• 對應更新順序的Zookeeper watches事件順序由Zookeeper服務所見。

注意：
1. 如果你得到一個watch事件且想在將來的變化得到通知，必須設定另一個watch
2. 因為watches是一次觸發且在獲得事件和傳送請求得到wathes之間有延遲你不能可靠的看到發生在Zookeeper節點的每一個變化
3. 一個watch物件，或function/context對，對於指定的通知只能觸發一次。(eg. 如果相同的檔案通過exists和getData註冊了相同的watch物件並且檔案稍後刪除了，watch將只會觸發檔案的刪除通知)
4. 從服務端斷開連線時(比如伺服器故障)，將不會得到任何watches直到重新建立連線

zookeeper ACLs

1. Zookeeper使用ACLs控制訪問它的znodes(Zookeeper的資料節點)
2. Zookeeper節點不由三個標準範圍(使用者，組 和 world)限制。Zookeeper沒有znode所有者的概念。而是一個ACLs指定一組ids和與這些ids相關聯的許可權
3. ACL只適用於特定的znode。尤其不適用於children
4. ACLs不是遞迴控制
   (eg. 如果/app對ip:192.168.1.56是隻讀的並且/app/status是全都可讀的，任何人可以讀取/app/status)
5. Zookeeper支援可插拔的許可權認證方案

ACL許可權

• CREATE：可以建立子節點
• READ：可以從節點獲取資料並列出它的子節點
• WRITE：可以向節點設定資料
• DELETE：可以刪除一個子節點
• ADMIN：可以設定許可權

內嵌的ACL schemes

• world：有單獨的id，anyone,代表任何人
• auth:不適用任何id，代表任何授權的使用者。
• digest：使用username;password字串生成MD5雜湊作為ACL ID身份。通過傳送username:password明文授權。在ACL裡使用時expression將會是username:base64編碼的SHA1 password摘要。
• ip:使用客戶端IP作為ACL ID身份。

一致性保證

順序一致性

客戶端的更新將傳送到序列

原子性

更新成功或失敗 – 沒有區域性結果

單一系統影像

客戶端看到的服務端的檢視都一樣

可靠性

一旦更新應用了，它將會一直保持到下次更新覆蓋。這個保證有兩個推論

• 如果客戶端成功，更新就被應用。客戶端看不到失敗現象。
  客戶端可以看到任何更新，通過讀取請求或成功的更新
  時效性

• 系統的客戶端檢視在特定的時間保證是最新的。

Java

建立Zookeeper的時候，同時建立了兩個執行緒：一個IO執行緒和事件執行緒。所有的IO都在在IO執行緒上(使用Java NIO)。所有的事件回撥都在事件執行緒上。Session在IO執行緒上維護如重連Zookeeper服務和維護心跳。同步方法呼叫也在IO執行緒處理。所有非同步呼叫和watche事件在事件執行緒上處理