【大数据】Zookeeper学习笔记

第1章 Zookeeper入门

1.1 概述

Zookeeper是一个开源的分布式的,为分布式应用提供协调服务的Apache项目。

1.2 特点

1.3 数据结构

1.4 应用场景

提供的服务包括:统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

1.5 下载地址

1.官网首页:

https://zookeeper.apache.org/

2.下载截图,如图5-5,5-6,5-7所示

图5-5  Zookeeper下载(一)

图5-6  Zookeeper下载(二)

图5-7  Zookeeper下载(三)

第2章 Zookeeper安装

2.1 本地模式安装部署

1.安装前准备

(1)安装Jdk

(2)拷贝Zookeeper安装包到Linux系统下

(3)解压到指定目录

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

2.配置修改

(1)将/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg;

[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

(2)打开zoo.cfg文件,修改dataDir路径:

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ vim zoo.cfg

修改如下内容:

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

(3)在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir zkData

3.操作Zookeeper

(1)启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

(2)查看进程是否启动

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ jps

4020 Jps

4001 QuorumPeerMain

(3)查看状态:

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status

ZooKeeper JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: standalone

(4)启动客户端:

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

(5)退出客户端:

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

(6)停止Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

2.2 配置参数解读

Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下:

1.tickTime =2000:通信心跳数,Zookeeper服务器与客户端心跳时间,单位毫秒

Zookeeper使用的基本时间,服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔,也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳,时间单位为毫秒。

它用于心跳机制,并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)

2.initLimit =10:LF初始通信时限

集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器之间初始连接时能容忍的最多心跳数(tickTime的数量),用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。

3.syncLimit =5:LF同步通信时限

集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位,假如响应超过syncLimit * tickTime,Leader认为Follwer死掉,从服务器列表中删除Follwer。

4.dataDir:数据文件目录+数据持久化路径

主要用于保存Zookeeper中的数据。

5.clientPort =2181:客户端连接端口

监听客户端连接的端口。

第3章 Zookeeper内部原理

3.1 选举机制(面试重点

1)半数机制:集群中半数以上机器存活,集群可用。所以Zookeeper适合装在奇数台机器上。

2)Zookeeper虽然在配置文件中并没有指定Master和Slave。但是,Zookeeper工作时,是有一个节点为Leader,其他则为Follower,Leader是通过内部的选举机制临时产生的

3)以一个简单的例子来说明整个选举的过程。

假设有五台服务器组成的Zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的。假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么,如图5-8所示。

图5-8 Zookeeper的选举机制

(1)服务器1启动,此时只有它一台服务器启动了,它发出去的报文没有任何响应,所以它的选举状态一直是LOOKING状态。

(2)服务器2启动,它与最开始启动的服务器1进行通信,互相交换自己的选举结果,由于两者都没有历史数据,所以id值较大的服务器2胜出,但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3),所以服务器1、2还是继续保持LOOKING状态。

(3)服务器3启动,根据前面的理论分析,服务器3成为服务器1、2、3中的老大,而与上面不同的是,此时有三台服务器选举了它,所以它成为了这次选举的Leader。

(4)服务器4启动,根据前面的分析,理论上服务器4应该是服务器1、2、3、4中最大的,但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3,所以它只能接收当小弟的命了。

(5)服务器5启动,同4一样当小弟。

3.2 节点类型

3.3 Stat结构体

1)czxid-创建节点的事务zxid

每次修改ZooKeeper状态都会收到一个zxid形式的时间戳,也就是ZooKeeper事务ID。

事务ID是ZooKeeper中所有修改总的次序。每个修改都有唯一的zxid,如果zxid1小于zxid2,那么zxid1在zxid2之前发生。

2)ctime - znode被创建的毫秒数(从1970年开始)

3)mzxid - znode最后更新的事务zxid

4)mtime - znode最后修改的毫秒数(从1970年开始)

5)pZxid-znode最后更新的子节点zxid

6)cversion - znode子节点变化号,znode子节点修改次数

7)dataversion - znode数据变化号

8)aclVersion - znode访问控制列表的变化号

9)ephemeralOwner- 如果是临时节点,这个是znode拥有者的session id。如果不是临时节点则是0。

10)dataLength- znode的数据长度

11)numChildren - znode子节点数量

3.4 监听器原理(面试重点

图5-10 监听器原理

3.5 写数据流程

第4章 Zookeeper实战(开发重点

4.1 分布式安装部署

1.集群规划

在hadoop102、hadoop103和hadoop104三个节点上部署Zookeeper。

2.解压安装:

(1)解压Zookeeper安装包到/opt/module/目录下

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

(2)同步/opt/module/zookeeper-3.4.10目录内容到hadoop103、hadoop104

[atguigu@hadoop102 module]$ xsync zookeeper-3.4.10/

3.配置服务器编号

(1)在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir -p zkData

(2)在/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ touch myid

添加myid文件,注意一定要在linux里面创建,在notepad++里面很可能乱码

(3)编辑myid文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ vi myid

在文件中添加与server对应的编号:

2

(4)拷贝配置好的zookeeper到其他机器上

[atguigu@hadoop102 zkData]$ xsync myid

并分别在hadoop102、hadoop103上修改myid文件中内容为3、4

4.配置zoo.cfg文件

(1)重命名/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg

[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

(2)打开zoo.cfg文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ vim zoo.cfg

修改数据存储路径配置

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

增加如下配置

#######################cluster##########################

server.2=hadoop102:2888:3888

server.3=hadoop103:2888:3888

server.4=hadoop104:2888:3888

(3)同步zoo.cfg配置文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ xsync zoo.cfg

(4)配置参数解读

server.A=B:C:D。

A是一个数字,表示这个是第几号服务器;

集群模式下配置一个文件myid,这个文件在dataDir目录下,这个文件里面有一个数据就是A的值,Zookeeper启动时读取此文件,拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。

B是这个服务器的ip地址;

C是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口;

D是万一集群中的Leader服务器挂了,需要一个端口来重新进行选举,选出一个新的Leader,而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

4.集群操作

(1)分别启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

(2)查看状态

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: leader

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.5]# bin/zkServer.sh status

JMX enabled by default

Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg

Mode: follower

4.2 客户端命令行操作

表5-1

命令基本语法

功能描述

help

显示所有操作命令

ls path [watch]

使用 ls 命令来查看当前znode中所包含的内容

ls2 path [watch]

查看当前节点数据并能看到更新次数等数据

create

普通创建

-s  含有序列

-e  临时(重启或者超时消失)

get path [watch]

获得节点的值

set

设置节点的具体值

stat

查看节点状态

delete

删除节点

rmr

递归删除节点

1.启动客户端

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

2.显示所有操作命令

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help

3.查看当前znode中所包含的内容

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /

[zookeeper]

4.查看当前节点详细数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /

[zookeeper]

cZxid = 0x0

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

mZxid = 0x0

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

pZxid = 0x0

cversion = -1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 0

numChildren = 1

5.分别创建2个普通节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create /sanguo "jinlian"

Created /sanguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /sanguo/shuguo "liubei"

Created /sanguo/shuguo

6.获得节点的值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /sanguo

jinlian

cZxid = 0x100000003

ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

mZxid = 0x100000003

mtime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

pZxid = 0x100000004

cversion = 1

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 7

numChildren = 1

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6]

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /sanguo/shuguo

liubei

cZxid = 0x100000004

ctime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018

mZxid = 0x100000004

mtime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018

pZxid = 0x100000004

cversion = 0

dataVersion = 0

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 6

numChildren = 0

7.创建短暂节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -e /sanguo/wuguo "zhouyu"

Created /sanguo/wuguo

(1)在当前客户端是能查看到的

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] ls /sanguo

[wuguo, shuguo]

(2)退出当前客户端然后再重启客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit

[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

(3)再次查看根目录下短暂节点已经删除

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /sanguo

[shuguo]

8.创建带序号的节点

(1)先创建一个普通的根节点/sanguo/weiguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /sanguo/weiguo "caocao"

Created /sanguo/weiguo

(2)创建带序号的节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -s /sanguo/weiguo/xiaoqiao "jinlian"

Created /sanguo/weiguo/xiaoqiao0000000000

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -s /sanguo/weiguo/daqiao "jinlian"

Created /sanguo/weiguo/daqiao0000000001

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /sanguo/weiguo/diaocan "jinlian"

Created /sanguo/weiguo/diaocan0000000002

如果原来没有序号节点,序号从0开始依次递增。如果原节点下已有2个节点,则再排序时从2开始,以此类推。

9.修改节点数据值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] set /sanguo/weiguo "simayi"

10.节点的值变化监听

(1)在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点数据变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 26] [zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /sanguo watch

(2)在hadoop103主机上修改/sanguo节点的数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] set /sanguo "xisi"

(3)观察hadoop104主机收到数据变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/sanguo

11.节点的子节点变化监听(路径变化)

(1)在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点的子节点变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /sanguo watch

[aa0000000001, server101]

(2)在hadoop103主机/sanguo节点上创建子节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /sanguo/jin "simayi"

Created /sanguo/jin

(3)观察hadoop104主机收到子节点变化的监听

WATCHER::

WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/sanguo

12.删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /sanguo/jin

13.递归删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] rmr /sanguo/shuguo

14.查看节点状态

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] stat /sanguo

cZxid = 0x100000003

ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018

mZxid = 0x100000011

mtime = Wed Aug 29 00:21:23 CST 2018

pZxid = 0x100000014

cversion = 9

dataVersion = 1

aclVersion = 0

ephemeralOwner = 0x0

dataLength = 4

numChildren = 1

4.3 API应用

4.3.1 Eclipse环境搭建

1.创建一个Maven工程

2.添加pom文件

<dependencies>

<dependency>

<groupId>junit</groupId>

<artifactId>junit</artifactId>

<version>RELEASE</version>

</dependency>

<dependency>

<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>

<artifactId>log4j-core</artifactId>

<version>2.8.2</version>

</dependency>

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.zookeeper/zookeeper -->

<dependency>

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

<artifactId>zookeeper</artifactId>

<version>3.4.10</version>

</dependency>

</dependencies>

3.拷贝log4j.properties文件到项目根目录

需要在项目的src/main/resources目录下,新建一个文件,命名为“log4j.properties”,在文件中填入。

log4j.rootLogger=INFO, stdout

log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender

log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender

log4j.appender.logfile.File=target/spring.log

log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

4.3.2 创建ZooKeeper客户端

private static String connectString =

"hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zkClient = null;

@Before

public void init() throws Exception {

zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

// 收到事件通知后的回调函数(用户的业务逻辑)

System.out.println(event.getType() + "--" + event.getPath());

// 再次启动监听

try {

zkClient.getChildren("/", true);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

});

}

4.3.3 创建子节点

// 创建子节点

@Test

public void create() throws Exception {

// 数据的增删改查

// 参数1:要创建的节点的路径; 参数2:节点数据 ; 参数3:节点权限 ;参数4:节点的类型

String nodeCreated = zkClient.create("/atguigu", "jinlian".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);

}

4.3.4 获取子节点监听数据变化

// 获取子节点

@Test

public void getChildren() throws Exception {

List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);

for (String child : children) {

System.out.println(child);

}

// 延时阻塞

Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);

}

4.3.5 判断Znode是否存在

// 判断znode是否存在

@Test

public void exist() throws Exception {

Stat stat = zkClient.exists("/eclipse", false);

System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");

}

4.4 监听服务器节点动态上下线案例

1.需求

某分布式系统中,主节点可以有多台,可以动态上下线,任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线

2.需求分析,如图5-12所示

图5-12 服务器动态上下线

3.具体实现

(0)先在集群上创建/servers节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /servers "servers"

Created /servers

(1)服务器端向Zookeeper注册代码

package com.atguigu.zkcase;

import java.io.IOException;

import org.apache.zookeeper.CreateMode;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;

import org.apache.zookeeper.Watcher;

import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;

public class DistributeServer {

private static String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zk = null;

private String parentNode = "/servers";

// 创建到zk的客户端连接

public void getConnect() throws IOException{

zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

}

});

}

// 注册服务器

public void registServer(String hostname) throws Exception{

String create = zk.create(parentNode + "/server", hostname.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

System.out.println(hostname +" is online "+ create);

}

// 业务功能

public void business(String hostname) throws Exception{

System.out.println(hostname+" is working ...");

Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 1获取zk连接

DistributeServer server = new DistributeServer();

server.getConnect();

// 2 利用zk连接注册服务器信息

server.registServer(args[0]);

// 3 启动业务功能

server.business(args[0]);

}

}

(2)客户端代码

package com.atguigu.zkcase;

import java.io.IOException;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;

import org.apache.zookeeper.Watcher;

import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

public class DistributeClient {

private static String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";

private static int sessionTimeout = 2000;

private ZooKeeper zk = null;

private String parentNode = "/servers";

// 创建到zk的客户端连接

public void getConnect() throws IOException {

zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

@Override

public void process(WatchedEvent event) {

// 再次启动监听

try {

getServerList();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

});

}

// 获取服务器列表信息

public void getServerList() throws Exception {

// 1获取服务器子节点信息,并且对父节点进行监听

List<String> children = zk.getChildren(parentNode, true);

// 2存储服务器信息列表

ArrayList<String> servers = new ArrayList<>();

// 3遍历所有节点,获取节点中的主机名称信息

for (String child : children) {

byte[] data = zk.getData(parentNode + "/" + child, false, null);

servers.add(new String(data));

}

// 4打印服务器列表信息

System.out.println(servers);

}

// 业务功能

public void business() throws Exception {

System.out.println("client is working ...");

Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 1获取zk连接

DistributeClient client = new DistributeClient();

client.getConnect();

// 2获取servers的子节点信息,从中获取服务器信息列表

client.getServerList();

// 3业务进程启动

client.business();

}

}

5章 企业面试真题

5.1 请简述ZooKeeper的选举机制

详见3.1。

5.2 ZooKeeper的监听原理是什么?

详见3.4。

5.3 ZooKeeper的部署方式有哪几种?集群中的角色有哪些?集群最少需要几台机器?

(1)部署方式单机模式、集群模式

(2)角色:Leader和Follower

(3)集群最少需要机器数:3

5.4 ZooKeeper的常用命令

ls create get delete set…

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