ZooKeeper集群操作以及集群Master选举

ZooKeeper介绍

ZooKeeper 是一个为 分布式应用 提供的 分布式 、开源的 协调服务 。

它公开了一组简单的 原语 ，分布式应用程序可以根据这些原语来实现用于 同步 、配置维护 以及 命名 的更高级别的服务。

怎么理解协调服务呢？比如我们有很多应用程序，他们之间都需要读写维护一个 id ，那么这些 id 怎么命名呢，程序一多，必然会乱套，ZooKeeper 能协调这些服务，解决命名、配置、同步等问题，而做到这些，只需要一组简单的 原语 即可：

create : 在树中的某个位置创建一个节点
 
delete : 删除一个节点
 
exists : 测试节点是否存在于某个位置
 
get data : 从节点读取数据
 
set data : 往一个节点里写入数据
 
get children : 检索节点的子节点列表
 
sync : 等待数据被传播
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从这些 ZooKeeper （以下简称ZK）的 API 可以看到，都是围绕 Node 来操作，下文实操看一下怎么操作 Node 。

ZooKeeper 的特征

• 简单

ZooKeeper 允许分布式进程通过 共享的层级命名空间 相互协调，该命名空间的组织类似于标准文件系统。

命名空间由 数据寄存器 组成，在 ZooKeeper 称为 znodes ，它们类似于文件和目录。

与典型的文件系统不同，它是为 存储 而设计的，ZooKeeper 数据保存在 内存 中，这意味着ZooKeeper 可以实现 高吞吐量 和 低延迟数 。

ZooKeeper 很重视 高性能，高可用性 ，严格有序访问 ：性能高意味着它可以在大型分布式系统中使用；而他又具备可靠性，这使它不会成为单点故障；严格的排序意味着可以在客户端上实现复杂的同步原语。

• 可被复制（高可用）

像它协调的分布式进程一样，ZooKeeper 本身也可以在称为集合的一组主机上进行复制。

组成ZooKeeper 服务的服务器都必须彼此了解。它们维护内存中的状态镜像，以及持久存储中的事务日志和快照。只要大多数服务器可用，ZooKeeper 服务将可用。

客户端连接到单个 ZooKeeper 服务器。客户端维护一个 TCP连接 ，通过该连接发送请求，获取响应，获取监视事件并发送心跳。如果与服务器的 TCP连接 断开，则客户端将连接到其他服务器。

• 有序的

ZooKeeper 用一个反映所有 ZooKeeper 事务顺序 的数字标记每个更新。后续操作可以使用该命令来实现更高级别的抽象，例如 同步 、 分布式锁 。

• 快

在 读取为主 的工作负载中，它特别快。

ZooKeeper 应用程序可在数千台计算机上运行，并且在读取比写入更常见的情况下，其性能最佳，比率约为10：1。

分层命名空间

ZooKeeper提供的名称空间与标准文件系统的名称空间非常相似。

名称是由 斜杠 （/）分隔的一系列路径元素。ZooKeeper 命名空间中的每个节点均由路径标识。

一个 ZK Node 可以存储 1M 数据，Node分为 持久节点 和 临时性节点 。

• 持久节点

与标准文件系统不同，ZooKeeper 命名空间中的每个节点都可以具有与其关联的 数据 以及 子节点 。就像拥有一个文件系统一样，该文件系统也允许文件成为目录。

ZooKeeper旨在存储协调数据：状态信息，配置，位置信息等，因此存储在每个节点上的数据通常很小，在字节到千字节范围内。

Znodes 维护一个统计信息结构，其中包括用于 数据更改 ，ACL更改（权限控制） 和 时间戳的版本号 ，以允许进行 缓存验证 和 协调更新 。

Znode 的数据每次更改时，版本号都会增加。例如，每当客户端检索数据时，它也会接收数据的版本。

原子地读取和写入存储在名称空间中每个 Znode 上的数据。读取将获取与znode关联的所有数据字节，而写入将替换所有数据。每个节点都有一个访问控制列表（ACL），用于限制谁可以做什么。

• 临时节点

只要创建 Znode 的会话处于 活动状态 ，这些 Znode 就一致存在。会话结束时，将删除 Znode ，这就是临时节点。

类比于web容器比如tomcat的session，创建临时节点的session存在，则node存在，session结束，删除node。

以上是理论知识，还是实际操作一遍比较靠谱，理解一下zk创建连接、node、session这些概念，以及看看zk集群的leader出故障后，选出leader的速度。

搭建ZK集群

首先准备 4 台 CentOS 7 虚拟机，都安装好了JDK 8（JDK版本最好不要小于8）。

这四台虚拟机主机名称分别设置为：zknode01 、zknode02 、zknode03 、zknode04 。

hostnamectl set-hostname zknode01
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主机名在配置 ZooKeeper 集群的时候有用。

主机名称配置好之后，还需要配置主机名和IP地址的映射关系，每台主机均编辑 /etc/hosts 文件，末尾添加如下内容：

192.168.242.11 zknode01
192.168.242.12 zknode02
192.168.242.13 zknode03
192.168.242.14 zknode04
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保证每台主机都能互相 ping 通：

接下来，先安装配置好其中一台服务器的 ZooKeeper ，然后用 scp 分发到各个服务器，再分别修改 zk server 的 id ，这样不用每台虚拟机都执行一遍相同的操作。

下载zk，注意一定要是apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz这个带bin的，否则如果不是带bin的，启动的时候会报如下错误：

Error: Could not find or load main class org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain
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保姆式安装zk步骤：

将下载好的 apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz 放到/opt目录下
1. cd /opt
2. tar xf apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz
3. mv apache-zookeeper-3.7.1-bin zookeeper
4. vi /etc/profile
 
export JAVA_HOME=/usr/local/java
export ZK_HOME=/opt/zookeeper
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$ZK_HOME/bin
 
5. source /etc/profile
6. cd /opt/zookeeper/conf
7. cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
8. vi zoo.cfg
 
设置 dataDir=/var/zookeeper
 
末尾添加：
server.1=zknode01:2888:3888
server.2=zknode02:2888:3888
server.3=zknode03:2888:3888
server.4=zknode04:2888:3888
 
9. mkdir -p /var/zookeeper
10. echo 1 > /var/zookeeper/myid
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这样 zknode01 的 zkserver 就搭建好了，现在将 ZooKeeper目录 和 配置文件 分发到其余三台服务器：

# 传到 zknode02
scp -r /opt/zookeeper/ root@zknode02:/opt/
scp /etc/profile root@zknode02:/etc
 
# 传到 zknode03
scp -r /opt/zookeeper/ root@zknode03:/opt/
scp /etc/profile root@zknode03:/etc
 
# 传到 zknode04
scp -r /opt/zookeeper/ root@zknode04:/opt/
scp /etc/profile root@zknode04:/etc
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别忘了 ，每台主机都需要执行 source /etc/profile 和创建 /var/zookeeper/myid 文件，myid 的内容分别为 2,3,4 。

这样 zk集群 就搭建好了。

启动zk集群

按顺序启动 zknode01 ，zknode02 ，zknode03 ，zknode04 的zk服务：

zkServer.sh start-foreground
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zk默认后台启动， start-foreground 表示前台启动，方便看日志。

启动zknode01的zk server：

会报错，因为 zoo.cfg 配置了4台主机，其余三台还未启动，接着启动 zknode02 的：

现象同 zknode01 ，继续启动第三台：

这个时候也会报 zknode04 连接不上（因为还没启动），但是整个 zk集群 已经启动了，并且选择了 zknode03 这个为leader。

把 zknode04 也启动一下：

启动完成后，开一个 zknode01 的zk客户端：

zkCli.sh
 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] help
ZooKeeper -server host:port -client-configuration properties-file cmd args
	addWatch [-m mode] path # optional mode is one of [PERSISTENT, PERSISTENT_RECURSIVE] - default is PERSISTENT_RECURSIVE
	addauth scheme auth
	close 
	config [-c] [-w] [-s]
	connect host:port
	create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
	delete [-v version] path
	deleteall path [-b batch size]
	delquota [-n|-b] path
	get [-s] [-w] path
	getAcl [-s] path
	getAllChildrenNumber path
	getEphemerals path
	history 
	listquota path
	ls [-s] [-w] [-R] path
	printwatches on|off
	quit 
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用上面的命令操作一波：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls
ls [-s] [-w] [-R] path
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /
[zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create /laogong
Created /laogong
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /
[laogong, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /laogong 
null
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] create /laogong "laogong"
Node already exists: /laogong
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] delete /laogong
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] ls /
[zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] create /laogong "laogong"
Created /laogong
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] ls /
[laogong, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] get /laogong
laogong
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] create /laogong/laopo "laopo"
Created /laogong/laopo
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] ls /
[laogong, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] ls /laogong
[laopo]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] get /laogong/laopo
laopo
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] 
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上面的操作我都是在 zknode01 上面连接zk进行操作的，来看一下，在其他zkserver上有没有同步过来数据：

发现数据已经同步，zknode03 和 zknode04 数据也同步了。

再来看一下连接 zknode02 的连接状态：

[root@zknode02 ~]# netstat -natp   |   egrep  '(2888|3888)' 
tcp6       0      0 192.168.242.12:3888     :::*                    LISTEN      9530/java           
tcp6       0      0 192.168.242.12:3888     192.168.242.13:47474    ESTABLISHED 9530/java           
tcp6       0      0 192.168.242.12:37804    192.168.242.13:2888     ESTABLISHED 9530/java           
tcp6       0      0 192.168.242.12:3888     192.168.242.14:47530    ESTABLISHED 9530/java           
tcp6       0      0 192.168.242.12:39666    192.168.242.11:3888     ESTABLISHED 9530/java
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连接状态分析：

上图是从 zknode02 服务器查看的，通过查看每台服务器，最终，zk集群的服务器每台都 互相通信 。

这个 3888 端口就是选举master用的，而 2888 端口是leader接受write请求用的。

zk集群master选举

前面演示了有 4 个服务器的 zk集群 ，其中 zknode03 是 leader 。

现在我把 zknode03 服务干掉：

^C[root@zknode03 conf]# zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/zookeeper/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Error contacting service. It is probably not running.
[root@zknode03 conf]# 
 
[root@localhost ~]# 
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再来分别看一下 zknode01 ~ zknode04的 zk server 状态：

可以看到 zknode04 自动成了 leader ！

事实上，zk集群 选举 leader 采用的是 谦让 的办法，谁的 id 大，选举谁。

那么前面为什么zknode3是leader呢？

因为我启动的顺序是 zknode01 ~ zknode04 启动的，当 zknode03 的zk server 启动的时候，已经 满足集群的最少节点数 了，而且 zknode03 的 id 是 当时 最大的，所以 zknode03 的 server自动成了 leader 。