万字长文带你入门Zookeeper！！！

2023-01-27 07:38:48

导读

文章首发于微信公众号【码猿技术专栏】，原创不易，谢谢支持。
Zookeeper 相信大家都听说过，最典型的使用就是作为服务注册中心。今天陈某带大家从零基础入门 Zookeeper，看了本文，你将会对 Zookeeper 有了初步的了解和认识。
注意：本文基于 Zookeeper 的版本是 3.4.14，最新版本的在使用上会有一些出入，但是企业现在使用的大部分都是 3.4x 版本的。

Zookeeper 概述

Zookeeper 是一个分布式协调服务的开源框架。主要用来解决分布式集群中应用系统的一致性问题，例如怎样避免同时操作同一数据造成脏读的问题。
ZooKeeper 本质上是一个分布式的小文件存储系统。提供基于类似于文件系统的目录树方式的数据存储，并且可以对树中的节点进行有效管理。从而用来维护和监控你存储的数据的状态变化。通过监控这些数据状态的变化，从而可以达到基于数据的集群管理。诸如：统一命名服务、分布式配置管理、分布式消息队列、分布式锁、分布式协调等功能。

Zookeeper 特性

全局数据一致：每个 server 保存一份相同的数据副本，client 无论连接到哪个 server，展示的数据都是一致的，这是最重要的特征；
可靠性：如果消息被其中一台服务器接受，那么将被所有的服务器接受。
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。
数据更新原子性：一次数据更新要么成功（半数以上节点成功），要么失败，不存在中间状态；
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。

Zookeeper 节点类型

Znode 有两种，分别为临时节点和永久节点。
- 临时节点：该节点的生命周期依赖于创建它们的会话。一旦会话结束，临时节点将被自动删除，当然可以也可以手动删除。临时节点不允许拥有子节点。
- 永久节点：该节点的生命周期不依赖于会话，并且只有在客户端显示执行删除操作的时候，他们才能被删除。
节点的类型在创建时即被确定，并且不能改变。
Znode 还有一个序列化的特性，如果创建的时候指定的话，该 Znode 的名字后面会自动追加一个不断增加的序列号。序列号对于此节点的父节点来说是唯一的，这样便会记录每个子节点创建的先后顺序。它的格式为"%10d"(10 位数字,没有数值的数位用 0 补充，例如“0000000001”)。
这样便会存在四种类型的 Znode 节点，分类如下：
- PERSISTENT：永久节点
- EPHEMERAL：临时节点
- PERSISTENT_SEQUENTIAL：永久节点、序列化
- EPHEMERAL_SEQUENTIAL：临时节点、序列化

ZooKeeper Watcher

ZooKeeper 提供了分布式数据发布/订阅功能，一个典型的发布/订阅模型系统定义了一种一对多的订阅关系，能让多个订阅者同时监听某一个主题对象，当这个主题对象自身状态变化时，会通知所有订阅者，使他们能够做出相应的处理。
触发事件种类很多，如：节点创建，节点删除，节点改变，子节点改变等。
总的来说可以概括 Watcher 为以下三个过程：客户端向服务端注册 Watcher、服务端事件发生触发 Watcher、客户端回调 Watcher 得到触发事件情况。

Watcher 机制特点

一次性触发 ：事件发生触发监听，一个 watcher event 就会被发送到设置监听的客户端，这种效果是一次性的，后续再次发生同样的事件，不会再次触发。
事件封装 ：ZooKeeper 使用 WatchedEvent 对象来封装服务端事件并传递。WatchedEvent 包含了每一个事件的三个基本属性： 通知状态（keeperState），事件类型（EventType）和节点路径（path）。
event 异步发送 ：watcher 的通知事件从服务端发送到客户端是异步的。
先注册再触发 ：Zookeeper 中的 watch 机制，必须客户端先去服务端注册监听，这样事件发送才会触发监听，通知给客户端。

常用 Shell 命令

新增节点

create [-s] [-e] path data

-s：表示创建有序节点
-e：表示创建临时节点
创建持久化节点：

create /test 1234

## 子节点

create /test/node1 node1

创建持久化有序节点：

## 完整的节点名称是a0000000001

create /a a

Created /a0000000001

## 完整的节点名称是b0000000002

create /b b

Created /b0000000002

创建临时节点：

create -e /a a

创建临时有序节点：

## 完整的节点名称是a0000000001

create -e -s /a a

Created /a0000000001

更新节点

set [path] [data] [version]

path：节点路径
data：数据
version：版本号
修改节点数据：

set /test aaa

## 修改子节点

set /test/node1 bbb

基于数据版本号修改，如果修改的节点的版本号(dataVersion)不正确，拒绝修改

set /test aaa 1

删除节点

delete [path] [version]

path：节点路径
version：版本号，版本号不正确拒绝删除
删除节点

delete /test

## 版本号删除

delete /test 2

递归删除，删除某个节点及后代

rmr /test

查看节点数据和状态

命令格式如下：

get path

获取节点详情：

## 获取节点详情

get /node1

## 节点内容

aaa

cZxid = 0x6

ctime = Sun Apr 05 14:50:10 CST 2020

mZxid = 0x6

mtime = Sun Apr 05 14:50:10 CST 2020

pZxid = 0x7

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 3

numChildren = 1

节点各个属性对应的含义如下：
- cZxid：数据节点创建时的事务 ID。
- ctime：数据节点创建时间。
- mZxid：数据节点最后一次更新时的事务 ID。
- mtime：数据节点最后一次更新的时间。
- pZxid：数据节点的子节点最后一次被修改时的事务 ID。
- cversion：子节点的更改次数。
- dataVersion：节点数据的更改次数。
- aclVersion ：节点 ACL 的更改次数。
- ephemeralOwner：如果节点是临时节点，则表示创建该节点的会话的 SessionID。如果节点是持久化节点，值为 0。
- dataLength ：节点数据内容的长度。
- numChildren：数据节点当前的子节点的个数。

查看节点状态

stat path

stat命令和get命令相似，不过这个命令不会返回节点的数据，只返回节点的状态属性。

stat /node1

## 节点状态信息，没有节点数据

cZxid = 0x6

ctime = Sun Apr 05 14:50:10 CST 2020

mZxid = 0x6

mtime = Sun Apr 05 14:50:10 CST 2020

pZxid = 0x7

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 3

numChildren = 1

查看节点列表

查看节点列表有ls path和ls2 path两个命令。后者是前者的增强，不仅会返回节点列表还会返回当前节点的状态信息。
ls path：

ls /

## 仅仅返回节点列表

[zookeeper, node1]

ls2 path：

ls2 /

## 返回节点列表和当前节点的状态信息

[zookeeper, node1]

cZxid = 0x0

ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970

mZxid = 0x0

mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970

pZxid = 0x6

cversion = 2

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 0

numChildren = 2

监听器 get path watch

使用get path watch注册的监听器在节点内容发生改变时，向客户端发送通知，注意 Zookeeper 的触发器是一次性的，触发一次后会立即生效。

get /node1 watch

## 改变节点数据

set /node1 bbb

## 监听到节点内容改变了

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/node1

监听器 stat path watch

stat path watch注册的监听器能够在节点状态发生改变时向客户端发出通知。比如节点数据改变、节点被删除等。

stat /node2 watch

## 删除节点node2

delete /node2

## 监听器监听到了节点删除

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDeleted path:/node2

监听器 ls/ls2 path watch

使用ls path watch或者ls2 path watch注册的监听器，能够监听到该节点下的子节点的增加和删除操作。

ls /node1 watch

## 创建子节点

create /node1/b b

## 监听到了子节点的新增

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/node1

Zookeeper 的 ACL 权限控制

zookeeper 类似文件控制系统，client 可以创建，删除，修改，查看节点，那么如何做到权限控制的呢？zookeeper 的access control list 访问控制列表可以做到这一点。
ACL 权限控制，使用scheme:id:permission来标识。
- 权限模式(scheme)：授权的策略
- 授权对象(id)：授权的对象
- 权限(permission)：授予的权限
权限控制是基于每个节点的，需要对每个节点设置权限。
每个节点支持设置多种权限控制方案和多个权限。
子节点不会继承父节点的权限，客户端无权访问某节点，但可能可以访问它的子节点。
例如：根据 IP 地址进行授权，命令如下：

setACl /node1 ip:192.168.10.1:crdwa

权限模式

权限模式即是采用何种方式授权。
world：只有一个用户，anyone，表示登录 zookeeper 所有人（默认的模式）。
ip：对客户端使用 IP 地址认证。
auth：使用已添加认证的用户认证。
digest：使用用户名:密码方式认证。

授权对象

给谁授权，授权对象的 ID 指的是权限赋予的实体，例如 IP 地址或用户。

授予的权限

授予的权限包括create、delete、read、writer、admin。也就是增、删、改、查、管理的权限，简写cdrwa。
注意：以上 5 种权限中，delete是指对子节点的删除权限，其他 4 种权限是对自身节点的操作权限。
create：简写c，可以创建子节点。
delete：简写d，可以删除子节点（仅下一级节点）。
read：简写r，可以读取节点数据以及显示子节点列表。
write：简写w，可以更改节点数据。
admin：简写a，可以设置节点访问控制列表权限。

授权相关命令

getAcl [path]：读取指定节点的 ACL 权限。
setAcl [path] [acl]：设置 ACL
addauth <scheme> <auth>：添加认证用户，和 auth，digest 授权模式相关。

world 授权模式案例

zookeeper 中默认的授权模式，针对登录 zookeeper 的任何用户授予指定的权限。命令如下：

setAcl [path] world:anyone:[permission]

path：节点
permission：授予的权限，比如cdrwa
去掉不能读取节点数据的权限：

## 获取权限列表（默认的）

getAcl /node2

'world,'anyone

: cdrwa

## 去掉读取节点数据的的权限，去掉r

setAcl /node2 world:anyone:cdwa

## 再次获取权限列表

getAcl /node2

'world,'anyone

: cdwa

## 获取节点数据，没有权限，失败

get /node2

Authentication is not valid : /node2

IP 授权模式案例

针对登录用户的 ip 进行限制权限。命令如下：

setAcl [path] ip:[ip]:[acl]

远程登录 zookeeper 的命令如下：

./zkCli.sh -server ip

设置192.168.10.1这个 ip 的增删改查管理的权限。

setAcl /node2 ip:192.168.10.1:crdwa

Auth 授权模式案例

auth 授权模式需要有一个认证用户，添加命令如下：

addauth digest [username]:[password]

设置 auth 授权模式命令如下：

setAcl [path] auth:[user]:[acl]

为chenmou这个账户添加 cdrwa 权限：

## 添加一个认证账户

addauth digest chenmou:123456

## 添加权限

setAcl /node2 auth:chenmou:crdwa

多种模式授权

zookeeper 中同一个节点可以使用多种授权模式，多种授权模式用,分隔。

## 创建节点

create /node3

## 添加认证用户

addauth chenmou:123456

## 添加多种授权模式

setAcl /node3 ip:192.178.10.1:crdwa,auth:chenmou:crdwa

ACL 超级管理员

zookeeper 的权限管理模式有一种叫做super，该模式提供一个超管可以方便的访问任何权限的节点。
假设这个超管是super:admin，需要先为超管生成密码的密文：

echo -n super:admin | openssl dgst  -binary -sha1 |openssl base64

## 执行完生成了秘钥

xQJmxLMiHGwaqBvst5y6rkB6HQs=

打开zookeeper目录下/bin/zkServer.sh，找到如下一行：

nohup JAVA&quot;−Dzookeeper.log.dir=JAVA"−Dzookeeper.log.dir={ZOO_LOG_DIR}" "-Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}"

在后面添加一行脚本，如下：

"-Dzookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest=super:xQJmxLMiHGwaqBvst5y6rkB6HQs="

此时完整的脚本如下：

nohup "$JAVA" "-Dzookeeper.log.dir=${ZOO_LOG_DIR}" "-Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}" "-Dzookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest=super:xQJmxLMiHGwaqBvst5y6rkB6HQs=" \

    -cp "$CLASSPATH" $JVMFLAGS $ZOOMAIN "$ZOOCFG" > "$_ZOO_DAEMON_OUT" 2>&1 < /dev/null &

重启 zookeeper
重启完成之后此时超管即配置完成，如果需要使用，则使用如下命令：

 addauth digest super:admin

Curator 客户端

Curator 是 Netflix 公司开源的一个 Zookeeper 客户端，与 Zookeeper 提供的原生客户端相比，Curator 的抽象层次更高，简化了 Zookeeper 客户端的开发量。

添加依赖

	<dependency>

            <groupId>org.apache.curator</groupId>

            <artifactId>curator-recipes</artifactId>

            <version>4.0.0</version>

            <exclusions>

                <exclusion>

                    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>

                    <artifactId>zookeeper</artifactId>

                </exclusion>

            </exclusions>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>

            <artifactId>zookeeper</artifactId>

            <version>3.4.10</version>

        </dependency>

建立连接

客户端建立与 Zookeeper 的连接，这里仅仅演示单机版本的连接，如下：

//创建CuratorFramework，用来操作api

CuratorFramework  client = CuratorFrameworkFactory.builder()

    //ip地址+端口号，如果是集群，逗号分隔

    .connectString("120.26.101.207:2181")

    //会话超时时间

    .sessionTimeoutMs(5000)

    //超时重试策略,RetryOneTime：超时重连仅仅一次

    .retryPolicy(new RetryOneTime(3000))

    //命名空间，父节点，如果不指定是在根节点下

    .namespace("node4")

    .build();

//启动

client.start();

重连策略

会话连接策略，即是当客户端与 Zookeeper 断开连接之后，客户端重新连接 Zookeeper 时使用的策略，比如重新连接一次。
RetryOneTime：N 秒后重连一次，仅仅一次，演示如下：

.retryPolicy(new RetryOneTime(3000))

RetryNTimes：每 n 秒重连一次，重连 m 次。演示如下：

//每三秒重连一次，重连3次。arg1：多长时间后重连，单位毫秒，arg2：总共重连几次

.retryPolicy(new RetryNTimes(3000,3))

RetryUntilElapsed：设置了最大等待时间，如果超过这个最大等待时间将会不再连接。

//每三秒重连一次，等待时间超过10秒不再重连。arg1：总等待时间，arg2：多长时间重连，单位毫秒

.retryPolicy(new RetryUntilElapsed(10000,3000))

新增节点

新增节点

client.create()

    //指定节点的类型。PERSISTENT：持久化节点，PERSISTENT_SEQUENTIAL：持久化有序节点，EPHEMERAL：临时节点，EPHEMERAL_SEQUENTIAL临时有序节点

    .withMode(CreateMode.PERSISTENT)

    //指定权限列表，OPEN_ACL_UNSAFE：world:anyone:crdwa

    .withACL(ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE)

    //写入节点数据，arg1:节点名称 arg2:节点数据

    .forPath("/a", "a".getBytes());

自定义权限列表：withACL(acls)方法中可以设置自定义的权限列表，代码如下：

//自定义权限列表

List<ACL> acls=new ArrayList<>();

//指定授权模式和授权对象 arg1:授权模式，arg2授权对象

Id id=new Id("ip","127.0.0.1");

//指定授予的权限，ZooDefs.Perms.ALL:crdwa

acls.add(new ACL(ZooDefs.Perms.ALL,id));

client.create()

    .withMode(CreateMode.PERSISTENT)

    //指定自定义权限列表

    .withACL(acls)

    .forPath("/b", "b".getBytes());

递归创建节点：creatingParentsIfNeeded()方法对于创建多层节点，如果其中一个节点不存在的话会自动创建

//递归创建节点

client.create()

    //递归方法，如果节点不存在，那么创建该节点

    .creatingParentsIfNeeded()

    .withMode(CreateMode.PERSISTENT)

    .withACL(ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE)

    //test节点和b节点不存在，递归创建出来

    .forPath("/test/a", "a".getBytes());

异步创建节点：inBackground()方法可以异步回调创建节点，创建完成后会自动回调实现的方法

 //异步创建节点

client.create()

    .withMode(CreateMode.PERSISTENT)

    .withACL(ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE)

    //异步创建

    .inBackground(new BackgroundCallback() {

        /**

        * @param curatorFramework 客户端对象

        * @param curatorEvent 事件对象

        */

        @Override

        public void processResult(CuratorFramework curatorFramework, CuratorEvent curatorEvent) throws Exception {

            //打印事件类型

            System.out.println(curatorEvent.getType());

            }

    })

    .forPath("/test1", "a".getBytes());

更新节点数据

更新节点，当节点不存在会报错，代码如下：

client.setData()

      .forPath("/a","a".getBytes());

携带版本号更新节点，当版本错误拒绝更新

client.setData()

    //指定版本号更新，如果版本号错误则拒绝更新

    .withVersion(1)

    .forPath("/a","a".getBytes());

异步更新节点数据：

client.setData()

        //异步更新

        .inBackground(new BackgroundCallback() {

        //回调方法

        @Override

        public void processResult(CuratorFramework curatorFramework, CuratorEvent curatorEvent) throws Exception {

                   }

        })

		.forPath("/a","a".getBytes());

删除节点

删除当前节点，如果有子节点则拒绝删除

client.delete()

    //删除节点，如果是该节点包含子节点，那么不能删除

    .forPath("/a");

指定版本号删除，如果版本错误则拒绝删除

client.delete()

    //指定版本号删除

    .withVersion(1)

    //删除节点，如果是该节点包含子节点，那么不能删除

    .forPath("/a");

如果当前节点包含子节点则一并删除，使用deletingChildrenIfNeeded()方法

client.delete()

    //如果删除的节点包含子节点则一起删除

    .deletingChildrenIfNeeded()

    //删除节点，如果是该节点包含子节点，那么不能删除

    .forPath("/a");

异步删除节点，使用inBackground()

client.delete()

	.deletingChildrenIfNeeded()

	//异步删除节点

    .inBackground(new BackgroundCallback() {

        @Override

        public void processResult(CuratorFramework curatorFramework, CuratorEvent curatorEvent) throws Exception {

        //回调监听

        }

       })

    //删除节点，如果是该节点包含子节点，那么不能删除

    .forPath("/a");

获取节点数据

同步获取节点数据

byte[] bytes = client.getData().forPath("/node1");

System.out.println(new String(bytes));

获取节点状态和数据

//保存节点状态

Stat stat=new Stat();

byte[] bytes = client.getData()

	//获取节点状态存储在stat对象中

    .storingStatIn(stat)

    .forPath("/node1");

System.out.println(new String(bytes));

//获取节点数据的长度

System.out.println(stat.getDataLength());

异步获取节点数据

client.getData()

    //异步获取节点数据，回调监听

     .inBackground((curatorFramework, curatorEvent) -> {

          //节点数据

          System.out.println(new String(curatorEvent.getData()));

      })

     .forPath("/node1");

获取子节点

同步获取全部子节点

 List<String> strs = client.getChildren().forPath("/");

        for (String str:strs) {

            System.out.println(str);

        }

异步获取全部子节点

client.getChildren()

//异步获取

.inBackground((curatorFramework, curatorEvent) -> {

        List<String> strs = curatorEvent.getChildren();

        for (String str:strs) {

              System.out.println(str);

        }

  })

.forPath("/");

查看节点是否存在

同步查看

//如果节点不存在，stat为null

Stat stat = client.checkExists().forPath("/node");

异步查看

//如果节点不存在，stat为null

client.checkExists()

    .inBackground((curatorFramework, curatorEvent) -> {

    //如果为null则不存在

    System.out.println(curatorEvent.getStat());

    })

    .forPath("/node");

Watcher API

curator 提供了两种 watcher 来监听节点的变化
- NodeCache：监听一个特定的节点，监听新增和修改
- PathChildrenCache：监听一个节点的子节点，当一个子节点增加、删除、更新时，path Cache 会改变他的状态，会包含最新的子节点的数据和状态。
NodeCache 演示：

//arg1:连接对象 arg2:监听的节点路径,/namespace/path

final NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, "/w1");

//启动监听

nodeCache.start();

//添加监听器

nodeCache.getListenable().addListener(() -> {

    //节点路径

    System.out.println(nodeCache.getCurrentData().getPath());

    //节点数据

    System.out.println(new String(nodeCache.getCurrentData().getData()));

});

//睡眠100秒

Thread.sleep(1000000);

//关闭监听

nodeCache.close();

PathChildrenCache演示：

//arg1：连接对象 arg2：节点路径  arg3:是否能够获取节点数据

PathChildrenCache cache=new PathChildrenCache(client,"/w1", true);

cache.start();

cache.getListenable().addListener((curatorFramework, pathChildrenCacheEvent) -> {

	//节点路径

	System.out.println(pathChildrenCacheEvent.getData().getPath());

	//节点状态

	System.out.println(pathChildrenCacheEvent.getData().getStat());

	//节点数据

	System.out.println(new String(pathChildrenCacheEvent.getData().getData()));

});

cache.close();

小福利

是不是觉得文章太长看得头晕脑胀，为此陈某特地将本篇文章制作成 PDF 文本，需要回去仔细研究的朋友，老规矩，关注微信公众号【码猿技术专栏】回复关键词ZK入门指南。

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导读

Zookeeper 概述

Zookeeper 特性

Zookeeper 节点类型

ZooKeeper Watcher

Watcher 机制特点

常用 Shell 命令

新增节点

更新节点

删除节点

查看节点数据和状态

查看节点状态

查看节点列表

监听器 get path watch

监听器 stat path watch

监听器 ls/ls2 path watch

Zookeeper 的 ACL 权限控制

权限模式

授权对象

授予的权限

授权相关命令

world 授权模式案例

IP 授权模式案例

Auth 授权模式案例

多种模式授权

ACL 超级管理员

Curator 客户端

添加依赖

建立连接

重连策略

新增节点

更新节点数据

删除节点

获取节点数据

获取子节点

查看节点是否存在

Watcher API

小福利

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