Zookeeper 簡介

1. 前言

大家好，今天我們來介紹一個在分布式環(huán)境中經(jīng)常使用的技術(shù)—— Apache Zookeeper 。Apache ZooKeeper 是 Apache Software Foundation 下的開源志愿者項(xiàng)目。接下來我們主要來介紹一下 Zookeeper 是什么？它有什么作用？以及我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí) Zookeeper。

2. 什么是 Zookeeper

什么是 Zookeeper 呢？我們先來看一下 Zookeeper 的官網(wǎng)介紹：

原文直接翻譯過來的概念很抽象，那我們簡單的解釋一下。在分布式環(huán)境中，存在著大量的服務(wù)，服務(wù)與服務(wù)之間難以做到彼此協(xié)調(diào)，也不便于開發(fā)人員對服務(wù)進(jìn)行維護(hù)管理，而 Zookeeper 使用它簡單的結(jié)構(gòu)和 API ，協(xié)調(diào)服務(wù)與服務(wù)之間的關(guān)系，讓開發(fā)人員專注于應(yīng)用程序的核心業(yè)務(wù)邏輯，更方便的對應(yīng)用程序的服務(wù)進(jìn)行管理維護(hù)。
所以我們可以把 Zookeeper 叫做分布式協(xié)調(diào)服務(wù)。

簡單介紹了 Zookeeper 是什么，接下來我們就來了解一下 Zookeeper 具體的應(yīng)用場景。

3. Zookeeper 的應(yīng)用

1. 服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)
   當(dāng)我們的分布式系統(tǒng)增加了一個服務(wù)，我們只需要利用 Znode 和 Watcher，讓它注冊到 Zookeeper 中，我們就可以很方便的對這個服務(wù)進(jìn)行管理；
2. 分布式鎖
   為了防止在分布式環(huán)境下，服務(wù)中多個進(jìn)程之間互相干擾，我們可以用 Zookeeper 的臨時順序節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分布式鎖，對這些進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，讓它們順序執(zhí)行；
3. 配置管理
   我們可以把核心的配置文件交給 Zookeeper 管理。當(dāng)我們修改配置文件時，Zookeeper 就會把配置文件的信息同步到集群中的所有節(jié)點(diǎn)中去。

那么 Zookeeper 是依靠什么來實(shí)現(xiàn)這些功能的呢？接下來我們來關(guān)注 Zookeeper 有什么特點(diǎn)。

4. Zookeeper 的特點(diǎn)

1. 在分布式環(huán)境下，Zookeeper 的部署方式為一主（ Leader ）多從（ Follower ）的集群方式，只要半數(shù)以上的節(jié)點(diǎn)（包括 Leader 節(jié)點(diǎn)）存活，Zookeeper 集群就能正常服務(wù)。就算是 Leader 節(jié)點(diǎn)掛掉了，Zookeeper 也會進(jìn)行崩潰恢復(fù)，所說 Zookeeper 集群本身是高可用的；
2. Zookeeper 集群的數(shù)據(jù)具有全局一致性。也就是說，無論客戶端連接到 Zookeeper 集群的哪一個從節(jié)點(diǎn)，獲取的數(shù)據(jù)都是一致的；
3. 在 Zookeeper 集群節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步更新時，要么全部成功，要么全部失敗。所以 Zookeeper 的數(shù)據(jù)更新具有原子性；
4. 在同一個客戶端對 Zookeeper 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新請求操作時，會根據(jù)發(fā)送的順序依次去執(zhí)行；
5. 由于 Zookeeper 能存儲的數(shù)據(jù)量非常小，所以數(shù)據(jù)的同步更新也會非?？?。也就可以說在一定時間段內(nèi)，客戶端獲取的數(shù)據(jù)是實(shí)時的。

根據(jù)上面的特點(diǎn)，我們可以了解到 Zookeeper 在分布式環(huán)境中的作用還是非常強(qiáng)大的。所以我們還是有必要去學(xué)習(xí)一下 Zookeeper 的。
說了這么多 Zookeeper 的功能，那它與其他類似功能的技術(shù)相比較有什么區(qū)別呢？接下來我們用 Zookeeper 和其他技術(shù)進(jìn)行一下比較。

5. Zookeeper 與其他技術(shù)的比較

1. Zookeeper 與 Redis 分布式鎖比較
   除了 Zookeeper 可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖之外，我們還可以使用高性能緩存技術(shù) Redis 來實(shí)現(xiàn)，我們來比較一下它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

   分布式鎖	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
   Zookeeper	1. 功能已經(jīng)封裝，實(shí)現(xiàn)簡單 2. 有等待鎖的隊(duì)列，提升了搶鎖的效率	添加和刪除節(jié)點(diǎn)性能較低
   Redis	Set 和 Del 指令的性能高	1. 實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，需要考慮超時、原子性、誤刪的情況 2. 沒有等鎖隊(duì)列，只能通過客戶端自旋來等鎖，效率低下

2. Zookeeper 與 Eureka 的比較
   Eureka 是 Spring Cloud 微服務(wù)架構(gòu)的分布式注冊中心。
   在進(jìn)行比較之前，我們來了解一下 CAP 定理。什么是 CAP 定理呢？

   • C ： Consistent ，一致性，需要保證數(shù)據(jù)的一致性。
   • A ： Availability ，可用性，需要保證服務(wù)的可用性。
   • P ： Partition tolerance ，分區(qū)容錯性，服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障的容錯性。

   在 CAP 這個定理中，任何分布式系統(tǒng)都只能保證其中兩條。那么 Zookeeper 和 Eureka 又是保證的哪兩條呢？

   分布式注冊中心	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
   Zookeeper （保證 CP）	新的服務(wù)注冊時會同步到其他節(jié)點(diǎn)，保證了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的一致性	為了保證一致性，在 Leader 選舉階段服務(wù)不能注冊，失去了可用性
   Eureka （保證 AP）	Eureka 的各個節(jié)點(diǎn)是平等的，只要有一個節(jié)點(diǎn)存在，就可以提供服務(wù)	新服務(wù)注冊時，不會把數(shù)據(jù)同步到其他節(jié)點(diǎn)上，失去了數(shù)據(jù)一致性

6. 學(xué)習(xí) Zookeeper 的必要條件

想要學(xué)習(xí) Zookeeper ，我們必須有以下技能：

1. Java ：Zookeeper 是基于 Java 語言開發(fā)的，這是學(xué)習(xí) Zookeeper 最基本的要求；
2. Linux ：Zookeeper 一般都是部署在 Linux 上的，所以我們需要知道如何操作 Lunix ，以及如何部署 Zookeeper ；
3. 分布式開發(fā)：Zookeeper 作為分布式環(huán)境中重要的組件，我們必須了解什么是分布式項(xiàng)目，如何去開發(fā)分布式項(xiàng)目，以及分布式的項(xiàng)目會遇到什么問題。

7. 課程設(shè)計(jì)思路

在 Zookeeper 的課程中，我們的學(xué)習(xí)路線從 Zookeeper 的基礎(chǔ)知識入門，到簡單使用 Zookeeper ，再到 Zookeeper 的實(shí)現(xiàn)原理，最后使用 Zookeeper 進(jìn)行應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)，一步一步從入門到 Zookeeper 應(yīng)用高手。以下是 Zookeeper 課程的學(xué)習(xí)路線：

• Zookeeper 基礎(chǔ)入門：
  包括 Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型，Zookeeper 安裝及部署，以及兩種 Zookeeper 的 Java 客戶端的初步使用，有了扎實(shí)的基礎(chǔ)我們才能深入學(xué)習(xí)它的實(shí)現(xiàn)原理；
• Zookeeper 實(shí)現(xiàn)原理：
  包括 Zookeeper 通信原理，Zookeeper 監(jiān)聽機(jī)制，Zookeeper ACL，Zookeeper 序列化方式，Zookeeper ZAB 協(xié)議。其中重點(diǎn)是 Zookeeper ZAB 協(xié)議，包括兩種運(yùn)行模式：崩潰恢復(fù)模式和消息廣播模式。了解了 Zookeeper 的實(shí)現(xiàn)原理，我們才能更好的來使用 Zookeeper；
• Zookeeper 應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)：
  在 Zookeeper 實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容中，我們使用 Zookeeper 實(shí)現(xiàn)了分布式鎖、分布式 ID、負(fù)載均衡、配置中心、集群管理等，學(xué)習(xí)了如何使用了高效的部署方式 —— Docker 來構(gòu)建我們的 Zookeeper 集群，以及如何對 Zookeeper 的 Java 進(jìn)程和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，最后我們還學(xué)習(xí)了在 Kafka 和 Dubbo 兩大框架中是如何使用 Zookeeper 的。

相信通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，同學(xué)們一定會熟練的掌握 Zookeeper，并使用 Zookeeper 解決在實(shí)際的開發(fā)中遇到的分布式環(huán)境所帶來的問題。

8. 小結(jié)

本節(jié)課程我們主要了解了 Zookeeper 是什么，Zookeeper 的特點(diǎn)。我們來對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)：

• Zookeeper 是一種分布式協(xié)調(diào)服務(wù)。
• Zookeeper 的應(yīng)用有服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)，分布式鎖，配置管理。
• Zookeeper 的特點(diǎn)：集群的高可用性，數(shù)據(jù)的一致性、原子性，執(zhí)行的順序性，實(shí)時性。
• Zookeeper 優(yōu)缺點(diǎn)：Zookeeper 是 CP 系統(tǒng)，在保證數(shù)據(jù)一致性的同時，不能保證服務(wù)注冊的高可用。