1.ZooKeeper是什麼？
ZooKeeper是一個分散式的，開放原始碼的分散式應用程式協調服務，是Google的Chubby一個開源的實現，它是叢集的管理者，監視著叢集中各個節點的狀態根據節點提交的反饋進行下一步合理操作。最終，將簡單易用的介面和效能高效、功能穩定的系統提供給使用者

2.ZooKeeper提供了什麼？

1)檔案系統

2)通知機制

3.Zookeeper檔案系統

每個子目錄項如 NameService 都被稱作為znode，和檔案系統一樣，我們能夠自由的增加、刪除znode，在一個znode下增加、刪除子znode，唯一的不同在於znode是可以儲存資料的。 

有四種類型的znode： 

1、PERSISTENT-持久化目錄節點 

客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在 

2、PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化順序編號目錄節點 

客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點依舊存在，只是Zookeeper給該節點名稱進行順序編號 

3、EPHEMERAL-臨時目錄節點 

客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點被刪除 

4、EPHEMERAL_SEQUENTIAL-臨時順序編號目錄節點 

客戶端與zookeeper斷開連線後，該節點被刪除，只是Zookeeper給該節點名稱進行順序編號 

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4.Zookeeper通知機制

客戶端註冊監聽它關心的目錄節點，當目錄節點發生變化（資料改變、被刪除、子目錄節點增加刪除）時，zookeeper會通知客戶端。

5.Zookeeper做了什麼？

1.命名服務   2.配置管理   3.叢集管理   4.分散式鎖  5.佇列管理

6.Zookeeper命名服務

在zookeeper的檔案系統裡建立一個目錄，即有唯一的path。在我們使用tborg無法確定上游程式的部署機器時即可與下游程式約定好path，通過path即能互相探索發現。

7.Zookeeper的配置管理

程式總是需要配置的，如果程式分散部署在多臺機器上，要逐個改變配置就變得困難。現在把這些配置全部放到zookeeper上去，儲存在 Zookeeper 的某個目錄節點中，然後所有相關應用程式對這個目錄節點進行監聽，一旦配置資訊發生變化，每個應用程式就會收到 Zookeeper 的通知，然後從 Zookeeper 獲取新的配置資訊應用到系統中就好

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8.Zookeeper叢集管理

所謂叢集管理無在乎兩點：是否有機器退出和加入、選舉master。 

對於第一點，所有機器約定在父目錄GroupMembers下建立臨時目錄節點，然後監聽父目錄節點的子節點變化訊息。一旦有機器掛掉，該機器與 zookeeper的連線斷開，其所建立的臨時目錄節點被刪除，所有其他機器都收到通知：某個兄弟目錄被刪除，於是，所有人都知道：它上船了。

新機器加入也是類似，所有機器收到通知：新兄弟目錄加入，highcount又有了，對於第二點，我們稍微改變一下，所有機器建立臨時順序編號目錄節點，每次選取編號最小的機器作為master就好。

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9.Zookeeper分散式鎖

有了zookeeper的一致性檔案系統，鎖的問題變得容易。鎖服務可以分為兩類，一個是保持獨佔，另一個是控制時序。 

對於第一類，我們將zookeeper上的一個znode看作是一把鎖，通過createznode的方式來實現。所有客戶端都去建立 /distribute_lock 節點，最終成功建立的那個客戶端也即擁有了這把鎖。用完刪除掉自己建立的distribute_lock 節點就釋放出鎖。 

對於第二類， /distribute_lock 已經預先存在，所有客戶端在它下面建立臨時順序編號目錄節點，和選master一樣，編號最小的獲得鎖，用完刪除，依次方便。

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10.Zookeeper佇列管理

兩種型別的佇列：

1、同步佇列，當一個佇列的成員都聚齊時，這個佇列才可用，否則一直等待所有成員到達。 

2、佇列按照 FIFO 方式進行入隊和出隊操作。 

第一類，在約定目錄下建立臨時目錄節點，監聽節點數目是否是我們要求的數目。 

第二類，和分散式鎖服務中的控制時序場景基本原理一致，入列有編號，出列按編號。

11.分散式與資料複製 

Zookeeper作為一個叢集提供一致的資料服務，自然，它要在所有機器間做資料複製。資料複製的好處： 

1、容錯：一個節點出錯，不致於讓整個系統停止工作，別的節點可以接管它的工作； 

2、提高系統的擴充套件能力 ：把負載分佈到多個節點上，或者增加節點來提高系統的負載能力； 

3、提高效能：讓客戶端本地訪問就近的節點，提高使用者訪問速度。 

從客戶端讀寫訪問的透明度來看，資料複製集群系統分下面兩種： 

1、寫主(WriteMaster) ：對資料的修改提交給指定的節點。讀無此限制，可以讀取任何一個節點。這種情況下客戶端需要對讀與寫進行區別，俗稱讀寫分離； 

2、寫任意(Write Any)：對資料的修改可提交給任意的節點，跟讀一樣。這種情況下，客戶端對叢集節點的角色與變化透明。

對zookeeper來說，它採用的方式是寫任意。通過增加機器，它的讀吞吐能力和響應能力擴充套件性非常好，而寫，隨著機器的增多吞吐能力肯定下降（這也是它建立observer的原因），而響應能力則取決於具體實現方式，是延遲複製保持最終一致性，還是立即複製快速響應。

12.Zookeeper角色描述

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13.Zookeeper與客戶端

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14.Zookeeper設計目的

1.最終一致性：client不論連線到哪個Server，展示給它都是同一個檢視，這是zookeeper最重要的效能。 

2.可靠性：具有簡單、健壯、良好的效能，如果訊息被到一臺伺服器接受，那麼它將被所有的伺服器接受。 

3.實時性：Zookeeper保證客戶端將在一個時間間隔範圍內獲得伺服器的更新資訊，或者伺服器失效的資訊。但由於網路延時等原因，Zookeeper不能保證兩個客戶端能同時得到剛更新的資料，如果需要最新資料，應該在讀資料之前呼叫sync()介面。 

4.等待無關（wait-free）：慢的或者失效的client不得干預快速的client的請求，使得每個client都能有效的等待。 

5.原子性：更新只能成功或者失敗，沒有中間狀態。 

6.順序性：包括全域性有序和偏序兩種：全域性有序是指如果在一臺伺服器上訊息a在訊息b前釋出，則在所有Server上訊息a都將在訊息b前被髮布；偏序是指如果一個訊息b在訊息a後被同一個傳送者釋出，a必將排在b前面。 

15.Zookeeper工作原理

Zookeeper 的核心是原子廣播，這個機制保證了各個Server之間的同步。實現這個機制的協議叫做Zab協議。Zab協議有兩種模式，它們分別是恢復模式（選主）和廣播模式（同步）。當服務啟動或者在領導者崩潰後，Zab就進入了恢復模式，當領導者被選舉出來，且大多數Server完成了和 leader的狀態同步以後，恢復模式就結束了。狀態同步保證了leader和Server具有相同的系統狀態。 

為了保證事務的順序一致性，zookeeper採用了遞增的事務id號（zxid）來標識事務。所有的提議（proposal）都在被提出的時候加上了zxid。實現中zxid是一個64位的數字，它高32位是epoch用來標識leader關係是否改變，每次一個leader被選出來，它都會有一個新的epoch，標識當前屬於那個leader的統治時期。低32位用於遞增計數。

16.Zookeeper 下 Server工作狀態

每個Server在工作過程中有三種狀態： 

LOOKING：當前Server不知道leader是誰，正在搜尋
LEADING：當前Server即為選舉出來的leader
FOLLOWING：leader已經選舉出來，當前Server與之同步

17.Zookeeper選主流程(basic paxos)

當leader崩潰或者leader失去大多數的follower，這時候zk進入恢復模式，恢復模式需要重新選舉出一個新的leader，讓所有的Server都恢復到一個正確的狀態。Zk的選舉演算法有兩種：一種是基於basic paxos實現的，另外一種是基於fast paxos演算法實現的。系統預設的選舉演算法為fast paxos。

1.選舉執行緒由當前Server發起選舉的執行緒擔任，其主要功能是對投票結果進行統計，並選出推薦的Server； 

2.選舉執行緒首先向所有Server發起一次詢問(包括自己)； 

3.選舉執行緒收到回覆後，驗證是否是自己發起的詢問(驗證zxid是否一致)，然後獲取對方的id(myid)，並存儲到當前詢問物件列表中，最後獲取對方提議的leader相關資訊(id,zxid)，並將這些資訊儲存到當次選舉的投票記錄表中； 

4.收到所有Server回覆以後，就計算出zxid最大的那個Server，並將這個Server相關資訊設定成下一次要投票的Server； 

5.執行緒將當前zxid最大的Server設定為當前Server要推薦的Leader，如果此時獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數，設定當前推薦的leader為獲勝的Server，將根據獲勝的Server相關資訊設定自己的狀態，否則，繼續這個過程，直到leader被選舉出來。 通過流程分析我們可以得出：要使Leader獲得多數Server的支援，則Server總數必須是奇數2n+1，且存活的Server的數目不得少於n+1. 每個Server啟動後都會重複以上流程。在恢復模式下，如果是剛從崩潰狀態恢復的或者剛啟動的server還會從磁碟快照中恢復資料和會話資訊，zk會記錄事務日誌並定期進行快照，方便在恢復時進行狀態恢復。選主的具體流程圖所示： 

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18.Zookeeper選主流程（fast paxos）

fast paxos流程是在選舉過程中，某Server首先向所有Server提議自己要成為leader，當其它Server收到提議以後，解決epoch和 zxid的衝突，並接受對方的提議，然後向對方傳送接受提議完成的訊息，重複這個流程，最後一定能選舉出Leader。

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19.Zookeeper同步流程

選完Leader以後，zk就進入狀態同步過程。 

1. Leader等待server連線； 

2 .Follower連線leader，將最大的zxid傳送給leader； 

3 .Leader根據follower的zxid確定同步點； 

4 .完成同步後通知follower 已經成為uptodate狀態； 

5 .Follower收到uptodate訊息後，又可以重新接受client的請求進行服務了。

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20.Zookeeper工作流程-Leader

1 .恢復資料； 

2 .維持與Learner的心跳，接收Learner請求並判斷Learner的請求訊息型別； 

3 .Learner的訊息型別主要有PING訊息、REQUEST訊息、ACK訊息、REVALIDATE訊息，根據不同的訊息型別，進行不同的處理。 

PING 訊息是指Learner的心跳資訊；

REQUEST訊息是Follower傳送的提議資訊，包括寫請求及同步請求；

ACK訊息是 Follower的對提議的回覆，超過半數的Follower通過，則commit該提議；

REVALIDATE訊息是用來延長SESSION有效時間。

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21.Zookeeper工作流程-Follower

Follower主要有四個功能： 

1.向Leader傳送請求（PING訊息、REQUEST訊息、ACK訊息、REVALIDATE訊息）； 

2.接收Leader訊息並進行處理； 

3.接收Client的請求，如果為寫請求，傳送給Leader進行投票；

4.返回Client結果。 


Follower的訊息迴圈處理如下幾種來自Leader的訊息： 

1 .PING訊息： 心跳訊息； 

2 .PROPOSAL訊息：Leader發起的提案，要求Follower投票； 

3 .COMMIT訊息：伺服器端最新一次提案的資訊； 

4 .UPTODATE訊息：表明同步完成； 

5 .REVALIDATE訊息：根據Leader的REVALIDATE結果，關閉待revalidate的session還是允許其接受訊息； 

6 .SYNC訊息：返回SYNC結果到客戶端，這個訊息最初由客戶端發起，用來強制得到最新的更新。

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