ZooKeeper 的應(yīng)用

1. 前言

在分布式應(yīng)用中，我們除了單獨(dú)使用 Zookeeper 來實(shí)現(xiàn)分布式鎖、配置中心等功能外，在我們使用一些優(yōu)秀的框架時，比如高性能的分布式流處理平臺 Apache Kafka，高性能的 Java RPC 框架 Apache Dubbo，它們也不同程度的依賴于 Zookeeper 服務(wù)，來實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。

在本節(jié)內(nèi)容中，我們就來學(xué)習(xí)在 Kafka 和 Dubbo 中，是如何使用 Zookeeper 的。

2. Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用

在學(xué)習(xí) Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用之前，我們先來簡單的了解一下 Kafka。

2.1 Kafka 簡介

Apache Kafka 是一個高性能的分布式流處理平臺，它可以做什么呢？

• Kafka 可以發(fā)布和訂閱消息。
• Kafka 可以儲存消息。
• Kafka 可以在消息產(chǎn)生時就進(jìn)行處理。

了解了 Kafka 可以實(shí)現(xiàn)的一些功能，接下來我們需要了解的是 Kafka 系統(tǒng)的組成有哪些：

• Broker： 消息管理者，Kafka 通常使用集群模式來提供服務(wù)，集群中的單個 Kafka 節(jié)點(diǎn)就稱為 Broker；
• Topic： 消息的主題，用于區(qū)分消息的類型，保存在 Broker 中；
• Partition： 消息的分區(qū)，Topic 下可以有一個或者多個分區(qū)；
• Producer： 消息生產(chǎn)者，Producer 將消息發(fā)布到 Topic 中，由 Broker 把消息存放到 Partition 中；
• Consumer：消息消費(fèi)者，Consumer 從 Broker 中的 Topic 拉取消息，可以拉取多個 Topic 的消息；
• Consumer Group： 消費(fèi)者分組，對 Consumer 進(jìn)行分組，方便對多個 Consumer 進(jìn)行消息廣播；
• Leader： 分區(qū)副本的領(lǐng)導(dǎo)者，當(dāng)前負(fù)責(zé)讀寫操作的 Partition；
• Follower： Leader 的跟隨者，會同步 Leader 的數(shù)據(jù)，Leader 失效后從 Follower 中選舉 Leader ；
• Offset： Partition 消息的消費(fèi)數(shù)量記錄。

簡單的了解了 Kafka，接下來我們就來介紹 Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用。

2.2 Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用

• Topic 配置管理： Topic 的配置會注冊到 Zookeeper 中 的 config 節(jié)點(diǎn)下，根據(jù) config 節(jié)點(diǎn)來動態(tài)更新配置；
• Broker 管理： 在每個 Broker 啟動時，都會注冊到 Zookeeper 的 brokers 節(jié)點(diǎn)下；
• Topic 及 Partition 管理： Topic 會注冊到 brokers 節(jié)點(diǎn)下的 topics 節(jié)點(diǎn)下，Partition 會注冊到 Topic 的節(jié)點(diǎn)下；
• Producer 負(fù)載均衡： Producer 將消息發(fā)布到 Topic 時，會根據(jù) Zookeeper 的 brokers 節(jié)點(diǎn)下的 Broker 來進(jìn)行動態(tài)的負(fù)載均衡；
• Consumer 負(fù)載均衡： Consumer 從 Topic 拉取消息時，同樣也需要根據(jù) Zookeeper 的 brokers 節(jié)點(diǎn)下的 Broker 來進(jìn)行動態(tài)的負(fù)載均衡；
• 消費(fèi)管理： 每個 Partition 只能被 Consumer Group 中的一個 Consumer 進(jìn)行消費(fèi)，因此需要關(guān)聯(lián) Partition 與 Consumer 之間的關(guān)系，將 Consumer 的 Consumer ID 注冊到相關(guān)聯(lián)的 Partition 節(jié)點(diǎn)的臨時節(jié)點(diǎn)上；
• Offset 記錄： 在 Consumer 對指定 Partition 進(jìn)行消息消費(fèi)的過程中，需要將 Partition 的消費(fèi)數(shù)量記錄到 Zookeeper 中。

介紹完一部分 Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用，接下來我們就來介紹在 Dubbo 中 Zookeeper 的應(yīng)用。

3. Zookeeper 在 Dubbo 中的應(yīng)用

首先我們來簡單的了解一下 Dubbo 是什么，再來介紹 Zookeeper 在 Dubbo 中的應(yīng)用。

3.1 Dubbo 簡介

Apache Dubbo 是一款高性能、輕量級的開源 Java RPC 框架，它提供了三大核心能力：

• 面向接口的遠(yuǎn)程方法調(diào)用；
• 智能容錯和負(fù)載均衡；
• 服務(wù)自動注冊和發(fā)現(xiàn)。

下面是一張來自 Dubbo 官網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖：

從圖中我們可以看到，Dubbo 的組件一共有 5 部分：

• Container 容器；
• Provider 服務(wù)提供者；
• Consumer 服務(wù)消費(fèi)者；
• Registry 注冊中心；
• Monitor 監(jiān)控中心。

我們來講解一下它們之間的調(diào)用關(guān)系：

0. 從 Container 中啟動服務(wù)提供者 Provider；
1. Provider 服務(wù)提供者把自己注冊到 Registry 注冊中心；
2. Consumer 服務(wù)消費(fèi)者從 Registry 注冊中心訂閱服務(wù)；
3. Registry 注冊中心發(fā)送 Provider 的服務(wù)地址給 Consumer 服務(wù)消費(fèi)者；
4. Consumer 服務(wù)消費(fèi)者遠(yuǎn)程調(diào)用 Provider 服務(wù)提供者的服務(wù)；
5. Consumer 和 Provider 的調(diào)用情況定時發(fā)送到 Monitor 監(jiān)控中心。

簡單的介紹了 Dubbo，接下來我們就來介紹 Zookeeper 在 Dubbo 中的應(yīng)用。

3.2 Zookeeper 在 Dubbo 中的應(yīng)用

在 Dubbo 官方網(wǎng)站中的注冊中心參考手冊中， Dubbo 官方推薦 Zookeeper 作為注冊中心。下面是一張來自 Dubbo 官網(wǎng)的 Zookeeper 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖：

我們來分析一下節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，根據(jù) Zookeeper 的樹狀結(jié)構(gòu)，Dubbo 把節(jié)點(diǎn)分為 4 層：

1. 第一層為 Root 節(jié)點(diǎn)，固定為 dubbo；
2. 第二層為服務(wù)節(jié)點(diǎn)，我們可以根據(jù)不同的服務(wù)來注冊不同的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，同時 Monitor 會監(jiān)聽服務(wù)節(jié)點(diǎn)；
3. 第三層為服務(wù)的類型，分別為服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者，固定為 providers 和 consumers ；
4. 第四層為服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者的 URL，如果是 Provider 就會注冊到 providers 節(jié)點(diǎn)下的臨時節(jié)點(diǎn)。如果是 Consumer 就注冊到 consumers 節(jié)點(diǎn)下的臨時節(jié)點(diǎn)，并且對同一服務(wù)下的 providers 開啟監(jiān)聽。

我們來總結(jié)一下 Zookeeper 作為注冊中心的原理：服務(wù)提供者把 URL 注冊到 providers 下的臨時節(jié)點(diǎn)，服務(wù)消費(fèi)者從 providers 獲取 URL 列表，并對 providers 開啟子節(jié)點(diǎn)事件的監(jiān)聽。根據(jù) Zookeeper 臨時節(jié)點(diǎn)的特性，服務(wù)提供者只要與 Zookeeper 斷開連接，Zookeeper 服務(wù)就會把該臨時節(jié)點(diǎn)移除，此時服務(wù)消費(fèi)者就會收到 providers 的子節(jié)點(diǎn)移除事件，然后更新自己的服務(wù)提供者的 URL 列表。

4. 總結(jié)

在本節(jié)內(nèi)容中，我們學(xué)習(xí)了在 Kafka 和 Dubbo 中 Zookeeper 的應(yīng)用，其實(shí) Zookeeper 的應(yīng)用就是根據(jù)它的樹狀結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的特性以及節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽機(jī)制，同學(xué)們在使用 Zookeeper 時可以利用好這些點(diǎn)。以下是本節(jié)內(nèi)容總結(jié)：

1. Zookeeper 在 Kafka 中的應(yīng)用。
2. Zookeeper 在 Dubbo 中的應(yīng)用。