【Zookeeper】概述

    Zookeeper是一个分布式的，开放源代码的分布式应用程序协调服务，它包含一个简单的原语集，分布式应用程序可以基于它实现同步服务，配置维护和命名服务等。

    【角色】

        Zookeeper中的角色主要有以下三类：

            - 领导者（Leader）：负责进行投票的发起和决议，更新系统状态；

            - 跟随者（Follower）：用于接收客户请求并向客户端返回结果，在选主过程中参与投票；

            - 观察者（Observer）：可以接收客户端连接，将写请求转发给leader节点。但Observer不参加投票过程，只同步leader的状态。Observer的目的是为了扩展系统，提高读取速度；

    【系统模型】

        Zookeeper系统模型如下图所示：

        - 数据模型：使用了“数据节点”的概念，称ZNode，是最小单元，每个ZNode上都可以保存数据，同时还可以挂载子节点。

        - 节点类型：持久（PERSISTENT）、临时（EPHEMERAL）、顺序（SEQUENTIAL）。四种组合节点类型：持久、持久顺序、临时、临时顺序。

        - 版本类型：当前数据 节点内容（version）、子节点（cversion）、acl（aversion），version表示的是对数据节点内容的变更次数。

        - watch机制：主要包括客户端线程、客户端WatchManager和Zookeeper服务器三部分。

        工作流程如下：客户端在Zookeeper服务器注册Watcher的同时，会将Watcher对象存储在客户端的WatchManager中。当Zookeeper服务器触发Watcher事件后，会向客户端发送通知，客户端线程从WatchManager中取出对应的Watcher对象来执行回调逻辑。

    【设计目的】

        Zookeeper中的设计目的包含以下几点：

            - 最终一致性：client不论连接到哪个server，展示给它都是同一个视图，这是Zookeeper最重要的性能；

            - 可靠性：具有简单、健壮、良好的性能，如果消息被一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受；

            - 实时性：Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。但由于网络延时等原因，Zookeeper不能保证两个客户端同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口；

            - 等待无关：慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每个client都能有效的等待；

            - 原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态；

            - 顺序性：包括全局有序和偏序两种。全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面。

    【原理】

        Paxos算法：一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。需要解决的问题是如何在一个可能发生异常的分布式系统中，快速且准确地在集群内部对某个数据的值达成一致，并且保证不论发生什么异常，都不会破坏整个系统的一致性。

        Zookeeper没有直接采用Paxos算法，而是采用了ZAB一致性协议。

    【ZAB核心定义】

        Zookeeper Atomic broadcast protocol（ZAB）Zookeeper原子广播协议，其核心定义：事务请求的处理方式。如下所述：

        - 所有事务请求必须由一个全局唯一的服务器来协调处理，称为leader服务器，而余下的其他服务器称为follower服务器。

        - Leader服务器负责将一个客户端事务请求转换成一个事务提议，并将该提议分发给集群中所有的follower服务器。

        - 之后Leader服务器等待所有follower服务器的反馈，一旦超过半数的follower服务器进行了正确的反馈后，那么leader会再次向所有的follower服务器分发commit消息，要求其将前一个提议进行提交。

    【ZAB基本模式】

        Zookeeper Atomic broadcast protocol（ZAB）Zookeeper原子广播协议，其包含两种模式：崩溃恢复和消息广播。如下所述：

        - 当整个服务框架在启动过程中，或是当leader服务器出现网络中断、崩溃退出与重启等异常情况时，ZAB协议就会进入恢复模式并选举产生新的leader服务器。

        - 当选举产生了新的leader服务器，同时集群中已有过半的机器与该leader服务器完成了状态同步之后，ZAB协议就会退出恢复模式。

        - 当集群中已经有过半的follower服务器完成了和leader服务器的状态同步，那么整个服务框架就进入了消息广播模式。

    【应用场景】

        - 分布式应用配置管理：将数据发布到zk节点上，供订阅者动态获取数据，实现配置信息的集中式管理和动态更新。

        - 命名服务：通过调用zk的create node api，能够很容易创建一个全局唯一的path，这个path就可以作为一个名称。

        - 分布式通知/协调：其特有的watcher注册与异步通知机制，能够很好的实现分布式环境下不同系统之间的通知与协调，实现对数据变更的实时处理。

        - 分布式锁：此得益于Zookeeper为我们保证了数据的强一致性。