Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型

1. 前言

開始學習 Zookeeper 的第一步，我們首先來學習 Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型。那么我們?yōu)槭裁匆葘W習 Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型呢？Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型又是什么樣的呢？Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型又有什么樣的特點呢？接下來我們就帶著這幾個問題開始 Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型學習之旅。

2. Zookeeper 數(shù)據(jù)模型的結構

Zookeeper 數(shù)據(jù)模型的結構是基于節(jié)點的，我們把這種節(jié)點叫做 Znode ，具體結構我們來看下圖：

我們可以看見，這種結構和數(shù)據(jù)結構中的樹類似，也和文件系統(tǒng)的目錄類似。我們知道文件系統(tǒng)的引用是非常方便的，那么我們想引用 Zookeeper 某個節(jié)點，那么我們該如何引用呢？
我們可以通過路徑引用的方式來訪問 Znode 節(jié)點：

/電腦/戴爾
/手機/華為

我們來說明一下書寫規(guī)則：第 1 個 / 為根節(jié)點，電腦 為根節(jié)點的子節(jié)點，第 2 個 / 是對下一個子節(jié)點的引用，后面跟上哪個節(jié)點的名稱，就是對哪個節(jié)點的引用。

Tips： 我們對節(jié)點的引用，必須書寫全路徑，也就是說必須要從根節(jié)點開始。在 Zookeeper 底層的實現(xiàn)中，把 Znode 的絕對路徑作為 key ，Znode 本身作為 value 來保存的。使用絕對路徑來查詢也提高了 Zookeeper 的性能。

介紹完 Zookeeper 數(shù)據(jù)模型的結構，也了解了如何引用 Znode 節(jié)點，接下來我們對 Znode 節(jié)點進行詳細的講解。

3. Znode 的元素組成

我們先來了解 Znode 節(jié)點中由哪些元素組成，請看下圖：

我們可以看到，Znode 節(jié)點中由 4 種元素組成，接下來我們來分別介紹一下每個元素具體是什么。
Znode 節(jié)點元素介紹：

• data ： Znode 存儲的數(shù)據(jù)信息，這里的數(shù)據(jù)指用戶保存的數(shù)據(jù)；
• ACL ： 對節(jié)點進行權限控制，記錄了哪些用戶或者哪些 IP 地址可以訪問本節(jié)點；
• child ： 當前節(jié)點的子節(jié)點引用，通過這個節(jié)點來找到它的子節(jié)點；
• stat ： 包含 Znode 的各種元數(shù)據(jù)，比如事務 ID、版本號、時間戳、大小等 Znode 本身的數(shù)據(jù)。

Tips： Znode 的 data 元素存儲的信息最大不能超過 1MB 。太大的數(shù)據(jù)會影響 Zookeeper 的同步性能。

在了解了 Znode 的元素組成，每個元素的具體作用之后，我們接下來學習 Znode 節(jié)點有哪些類型，以及他們的特點。

4. Znode 的類型

本節(jié)我們來學習 Znode 的類型以及它們各自的特點。Znode 的類型分為一下 4 種：

• 持久節(jié)點： 持久節(jié)點是 Zookeeper 的默認節(jié)點，持久節(jié)點被創(chuàng)建后會一直存在，除非進行手動刪除；
• 持久順序節(jié)點： 持久順序節(jié)點是在持久節(jié)點的基礎上，增加了順序性。也就是說，持久順序節(jié)點被創(chuàng)建時，會根據(jù)創(chuàng)建的時間進行編號，根據(jù)編號我們就可以判斷它們的順序；
• 臨時節(jié)點： 臨時節(jié)點與持久節(jié)點的特點相反，臨時節(jié)點被創(chuàng)建之后，如果與創(chuàng)建它的客戶端斷開連接，臨時節(jié)點就會被銷毀；
• 臨時順序節(jié)點： 臨時順序節(jié)點就是在臨時節(jié)點的基礎上，增加了順序性。

學習了 Znode 節(jié)點的類型以及它們的特點，那么我們可以利用節(jié)點的特點做什么事情呢？接下來我們來了解節(jié)點的應用。

5. Znode 的應用

根據(jù)節(jié)點的類型以及它們的特點，我們可以實現(xiàn)以下功能：

1. 我們可以使用臨時節(jié)點來實現(xiàn)服務注冊與發(fā)現(xiàn)。在某個服務注冊到 ZooKeeper 時，我們可以讓這個這個服務創(chuàng)建一個臨時節(jié)點，并把它的訪問信息交給到 Zookeeper 維護。當這個服務與 Zookeeper 斷開連接時，這個臨時節(jié)點就會被銷毀，這時 Zookeeper 發(fā)現(xiàn)這個服務離線了，就會移除它的訪問地址，避免出現(xiàn) 404 的情況。我們也可以手動刪除某個臨時節(jié)點讓相對應的服務下線；

2. 當我們有大量的服務時，一旦配置信息需要修改，會消耗我們大量的時間去每個服務中修改，而且還有可能會出錯，這種情況我們就可以使用持久節(jié)點來保存全局的配置信息。當某個服務注冊到 ZooKeeper 時，可以去保存配置信息的節(jié)點讀取配置信息。當我們修改配置時，Zookeeper 會通知這些服務，服務就會重新去讀取配置信息；

3. 我們可以使用臨時順序節(jié)點來實現(xiàn)分布式鎖。當多個服務同時對一個資源進行修改時，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，所以我們要避免這種情況。我們這里采取的方式就是為這個資源加鎖，想要獲取這個資源的服務會創(chuàng)建一個臨時順序節(jié)點，根據(jù)它的順序判斷這個臨時順序節(jié)點是否為第一個，如果是第一個則成功獲得鎖，這時這個服務就可以對這個資源進行修改了。完成操作后或者這個服務斷線了都會刪除這個節(jié)點，也就是釋放了鎖。后面的服務會根據(jù)它創(chuàng)建的臨時順序節(jié)點的順序來依次對資源進行操作。

根據(jù) Znode 特點的來實現(xiàn)的應用還有很多，后面的文章我們再詳細介紹。了解了節(jié)點的一些應用，那么我們該如何對節(jié)點進行操作呢？接下來我們就來介紹 Znode 節(jié)點的操作命令。

6. Znode 節(jié)點的操作

使用 Zookeeper 客戶端，我們可以通過以下命令來操作 Znode 節(jié)點。

• 創(chuàng)建節(jié)點： create

  # 創(chuàng)建一個持久節(jié)點
  create /persistent_node
  # 創(chuàng)建一個持久的順序節(jié)點
  create -s /persistent_sequential_node
  # 創(chuàng)建一個臨時節(jié)點
  create -e /ephemeral_node
  # 創(chuàng)建一個臨時的順序節(jié)點
  create -s -e /ephemeral_sequential_node
  

• 刪除節(jié)點： delete

  delete /config/topics/test
  

• 獲得一個節(jié)點的數(shù)據(jù)： get

  get /persistent_node
  

• 設置一個節(jié)點的數(shù)據(jù)： set

  set /brokers myNewData
  

• 獲取子節(jié)點： ls

  # 獲取根節(jié)點下的子節(jié)點
  ls /
  # 根節(jié)點下的子節(jié)點有 zk-watcher-2，zookeeper
  [zk-watcher-2, zookeeper]
  

Tips： 我們在使用這些命令操作節(jié)點時，后面的節(jié)點必須是全路徑引用。

7. 總結

經(jīng)過上面的講解，我們知道了很多功能的實現(xiàn)都是基于 Zookeeper 的結構以及 Znode 的類型和它們的特點，所以學習 Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型還是很有必要的?，F(xiàn)在我們來對本節(jié)的內容進行總結：

• Zookeeper 數(shù)據(jù)模型的結構為樹形節(jié)點。
• Znode 的元素組成有 4 種：data（用戶數(shù)據(jù)）、ACL（權限信息）、child（子節(jié)點引用）、stat（元數(shù)據(jù)）。
• Znode 的類型有 4 種：持久節(jié)點、持久順序節(jié)點、臨時節(jié)點、臨時順序節(jié)點。
• 我們可以根據(jù) Znode 的特點來實現(xiàn)各種功能，比如服務注冊與發(fā)現(xiàn)、配置中心、分布式鎖等。
• Zookeeper 客戶端操作節(jié)點的常用命令。