上一節(jié)介紹了ZooKeeper的一些基礎(chǔ)知識，這一節(jié)主要講ZooKeeper有哪些用途。

命名服務（Name Service）

主要是作為分布式命名服務，通過調(diào)用zk的create node api，能夠很容易創(chuàng)建一個全局唯一的path，這個path就可以作為一個名稱。這些paht具有層級結(jié)構(gòu)，非常便于理解和管理。

配置管理（Configuration Management）

配置的管理在分布式應用環(huán)境中很常見，例如同一個應用系統(tǒng)需要多臺Server 運行，但該應用系統(tǒng)的某些配置項是相同的，如果要修改這些相同的配置項，那么就必須同時修改每臺運行該系統(tǒng)的Server上的配置，這樣非常麻煩而且容易出錯。

像這樣的配置信息完全可以交給 Zookeeper 來管理，將配置信息保存在 Zookeeper 的某個節(jié)點中，然后將所有需要修改的應用機器監(jiān)控配置信息的狀態(tài)，一旦配置信息發(fā)生變化，每臺應用機器就會收到 Zookeeper 的通知，然后從 Zookeeper 獲取新的配置信息應用到系統(tǒng)中。
配置管理示意圖：

集群管理（Group Membership）

ZooKeeper的集群管理主要在兩點：監(jiān)控集群是否有機器退出和加入、選舉master。

對于第一點，過去的做法通常是：監(jiān)控系統(tǒng)通過某種手段（比如ping）定時檢測每個機器，或者每個機器自己定時向監(jiān)控系統(tǒng)匯報“我還活著”。 這種做法可行，但是存在兩個比較明顯的問題：1）集群中機器有變動的時候，牽連修改的東西比較多。2）有一定的延時。
利用ZooKeeper有兩個特性,就可以實時另一種集群機器存活性監(jiān)控系統(tǒng)：所有機器約定在父目錄（比如/GroupMembers）下創(chuàng)建臨時目錄節(jié)點，然后監(jiān)聽父目錄節(jié)點的子節(jié)點變化消息。一旦有機器掛掉，該機器與 zookeeper的連接斷開，其所創(chuàng)建的臨時目錄節(jié)點被刪除，所有其他機器都收到通知：某個目錄被刪除，即有一臺機器掛掉了。新機器加入也是類似。

對于第二點，在分布式環(huán)境中，相同的業(yè)務應用分布在不同的機器上，有些業(yè)務邏輯（例如一些耗時的計算，網(wǎng)絡(luò)I/O處理），往往只需要讓整個集群中的某一臺機器進行執(zhí)行， 其余機器可以共享這個結(jié)果，這樣可以大大減少重復勞動，提高性能，于是這個master選舉便是這種場景下的碰到的主要問題。利用ZooKeeper的強一致性，能夠保證在分布式高并發(fā)情況下節(jié)點創(chuàng)建的全局唯一性，即：同時有多個客戶端請求創(chuàng)建 ·/currentMaster 節(jié)點，最終一定只有一個客戶端請求能夠創(chuàng)建成功。利用這個特性，就能很輕易的在分布式環(huán)境中進行集群選取了。

另外，這種場景演化一下，就是動態(tài)master選舉。這就要用到EPHEMERAL_SEQUENTIAL類型節(jié)點的特性了。
動態(tài)master選舉可以用來解決分布式系統(tǒng)中的單點故障。什么是分布式系統(tǒng)中的單點故障：通常分布式系統(tǒng)采用主從模式，就是一個主控機連接多個處理節(jié)點。主節(jié)點負責分發(fā)任務，從節(jié)點負責處理任務，當我們的主節(jié)點發(fā)生故障時，那么整個系統(tǒng)就都癱瘓了，那么我們把這種故障叫作<font color=#D2691E>單點故障</font>。
傳統(tǒng)的解決方案是采用一個備用節(jié)點，這個備用節(jié)點定期給當前主節(jié)點發(fā)送ping包，主節(jié)點收到ping包以后向備用節(jié)點發(fā)送回復Ack，當備用節(jié)點收到回復的時候就會認為當前主節(jié)點還活著，讓它繼續(xù)提供服務。如圖所示：

當主節(jié)點掛了，這時候備用節(jié)點收不到回復了，然后他就認為主節(jié)點掛了接替他成為主節(jié)點：

但是這種方式就是有一個隱患，就是網(wǎng)絡(luò)問題，來看一網(wǎng)絡(luò)問題會造成什么后果，如下圖所示：

也就是說我們的主節(jié)點的并沒有掛，只是在回復的時候網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，這樣我們的備用節(jié)點同樣收不到回復，就會認為主節(jié)點掛了，然后備用節(jié)點將他的Master實例啟動起來，這樣我們的分布式系統(tǒng)當中就有了兩個主節(jié)點也就是---雙Master， 出現(xiàn)雙Master以后從節(jié)點就會將它所做的事一部分匯報給了主節(jié)點，一部分匯報給了備用節(jié)點，這樣服務就全亂了。為了防止出現(xiàn)這種情況，我們引入了 ZooKeeper，它雖然不能避免網(wǎng)絡(luò)故障，但它能夠保證每時每刻只有一個Master。

具體方案是：
1.master啟動
在引入了Zookeeper以后我們啟動了兩個主節(jié)點，"主節(jié)點-A"和"主節(jié)點-B"他們啟動以后，都向ZooKeeper去注冊一個節(jié)點（EPHEMERAL_SEQUENTIAL類型節(jié)點）。我們假設(shè)"主節(jié)點-A"鎖注冊地節(jié)點是"master-00001"，"主節(jié)點-B"注冊的節(jié)點是"master-00002"，注冊完以后進行選舉，規(guī)定選舉序號最小的節(jié)點作為為主節(jié)點，也就是我們的"主節(jié)點-A"將會成為主節(jié)點，然后"主節(jié)點-B"將成為一個備用節(jié)點。通過這種方式就完成了對兩個Master進程的調(diào)度。

2.master故障
如果"主節(jié)點-A"掛了，這時候他所注冊的節(jié)點將被自動刪除，ZooKeeper會自動感知節(jié)點的變化，然后再次發(fā)出選舉，這時候"主節(jié)點-B"將在選舉中獲勝，替代"主節(jié)點-A"成為主節(jié)點。

3.master恢復
如果主節(jié)點恢復了，他會再次向ZooKeeper注冊一個節(jié)點，這時候他注冊的節(jié)點將會是"master-00003"，ZooKeeper會感知節(jié)點的變化再次發(fā)動選舉，這時候"主節(jié)點-B"在選舉中會再次獲勝繼續(xù)擔任"主節(jié)點"，"主節(jié)點-A"會擔任備用節(jié)點。

分布式鎖

什么是分布式鎖？

• 一般的鎖：一般我們說的鎖是單進程多線程的鎖，在多線程并發(fā)編程中，用于線程之間的數(shù)據(jù)同步，保護共享資源的訪問
• 分布式鎖：分布式鎖指的是在分布式環(huán)境下，保護跨進程，跨主機，跨網(wǎng)絡(luò)的共享資源，實現(xiàn)互斥訪問，保證一致性

分布式鎖主要得益于ZooKeeper為我們保證了數(shù)據(jù)的一致性，即用戶只要完全相信每時每刻，zk集群中任意節(jié)點（一臺zk server）上的相同Znode的數(shù)據(jù)是一定都是相同的。

分布式鎖的架構(gòu)圖：

解釋： 左邊的整個區(qū)域表示一個ZooKeeper集群，locker是ZooKeeper的一個持久節(jié)點，node_1、node_2、node_3是locker這個持久節(jié)點下面的臨時順序節(jié)點。client_1、client_2、client_n表示多個客戶端，Service表示需要互斥訪問的共享資源。

分布式鎖的總體思路
需要獲得鎖的 client 創(chuàng)建一個 EPHEMERAL_SEQUENTIAL 目錄節(jié)點，然后調(diào)用 getChildren方法獲取當前的目錄節(jié)點列表中最小的目錄節(jié)點是不是就是自己創(chuàng)建的目錄節(jié)點，如果正是自己創(chuàng)建的，那么它就獲得了這個鎖，如果不是那么它就調(diào)用 exists(String path, boolean watch) 方法并監(jiān)控 Zookeeper 上目錄節(jié)點列表的變化，一直到自己創(chuàng)建的節(jié)點是列表中最小編號的目錄節(jié)點，從而獲得鎖，釋放鎖很簡單，只要刪除前面它自己所創(chuàng)建的目錄節(jié)點就行了。

分布式隊列

Zookeeper 可以處理兩種類型的隊列：

隊列按照 FIFO 方式進行入隊和出隊操作，例如實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者模型。

當一個隊列的成員都聚齊時，這個隊列才可用，否則一直等待所有成員到達，這種是同步隊列。

第一類，和分布式鎖服務中的控制時序場景基本原理一致，入列有編號，出列按編號。實現(xiàn)起來也非常簡單，就是在特定的目錄下創(chuàng)建 SEQUENTIAL 類型的子目錄/queue_i，這樣就能保證所有成員加入隊列時都是有編號的，出隊列時通過getChildren( )方法可以返回當前所有的隊列中的元素，然后消費其中最小的一個，這樣就能保證 FIFO。

第二類，通常可以在/queue這個Znode下預先建立一個/queue/num節(jié)點，并且賦值為n（或者直接給/queue賦值為n），表示隊列大小，之后每次有隊列成員加入后，就判斷下是否已經(jīng)到達隊列大小，決定是否可以開始執(zhí)行 了。這種用法的典型場景是，分布式環(huán)境中，一個大任務Task A，需要在很多子任務完成（或條件就緒）情況下才能進行。這個時候，凡是其中一個子任務完成（就緒），那么就去 /taskList下建立自己的臨時時序節(jié)點（CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL），當/taskList發(fā)現(xiàn)自己下面的子節(jié)點滿足指定個數(shù)，就可以進行下一步處理了（比如創(chuàng)建一個/task/start節(jié)點）。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ZooKeeper（二）ZooKeeper能做什么？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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