Zookeeper的集群配置和Java测试程序

2021-09-11 23:33:04

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概述

Zookeeper是Apache下的项目之一，倾向于对大型应用的协同维护管理工作。IBM则给出了IBM对ZooKeeper的认知： Zookeeper 分布式服务框架是 Apache Hadoop 的一个子项目，它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。总之，可以用“协调”这个核心的词来形容它的作用。关于它能干吗，你可以看看 “Zookeeper能干什么？”。

特征

  1. 我们可以把Zookeeper理解为一个精简的文件系统（和Linux文件系统结构非常相似），其每一个节点称为znode，znode下可以存放子节点，也可以直接对节点进行赋值存值。

  2. Zookeeper被应用与一些集群上，提高集群的高可用。它可以帮助你避免单点故障，使你的系统更加可靠。

  3. Zookeeper的集群我们可以通俗的理解为，一个有Leader的团队，团队中各个成员的数据都是一致的。团队中的Leader采用选举算法推举，所以可以保证在Leader出现问题的时候，又会选举出新的Leader。（fast paxos 选举算法大家可以深入了解下）

  4. Zookeeper使用路径来描述节点，节点可以被看做是一个目录，也可以被看做是一个文件，它同时具有两者的特点。

  5. Zookeeper的Watch机制也是它的最大被应用的原因。当我们有很多客户端连接到Zookeeper时，当被设置了Watch的数据发生了改变的时候，则服务器将这个改变发送给设置了Watch的客户端，通知它们。所以我们经常用它来做业务系统的统一配置管理。使用zk的Watch要特别注意一点就是它的“一次性触发器”（最后的Java例子中有模拟这点）。

集群部署

1. 下载

官网：http://zookeeper.apache.org/releases.html
下载：zookeeper-3.4.8.tar.gz

2. 安装

因为资源有限，所以我在同一个服务器上面创建3个目录 server1、server2、server3 来模拟3台服务器集群。
cd server1
tar -zxvf zookeeper-3.4.8.tar.gz
mkdir data
mkdir dataLog
data 为数据目录，dataLog 为日志目录。

3. 配置

cd zookeeper-3.4.8/conf
创建文件 zoo.cfg，内容如下：

tickTime=2000 
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=/opt/zookeeper/server1/data
dataLogDir=/opt/zookeeper/server1/dataLog
clientPort=2181
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890

tickTime：zookeeper中使用的基本时间单位, 毫秒值。
initLimit：这个配置项是用来配置 Zookeeper 接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接 Zookeeper 服务器的客户端，而是 Zookeeper 服务器集群中连接到 Leader 的 Follower 服务器）初始化连接时最长能忍受多少个 tickTime 时间间隔数。这里设置为5表名最长容忍时间为 5 * 2000 = 10 秒。
syncLimit：这个配置标识 Leader 与 Follower 之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个 tickTime 的时间长度，总的时间长度就是 2 * 2000 = 4 秒。
dataDir 和 dataLogDir 看配置就知道干吗的了，不用解释。
clientPort：监听client连接的端口号，这里说的client就是连接到Zookeeper的代码程序。
server.{myid}={ip}:{leader服务器交换信息的端口}:{当leader服务器挂了后, 选举leader的端口}
maxClientCnxns：对于一个客户端的连接数限制，默认是60，这在大部分时候是足够了。但是在我们实际使用中发现，在测试环境经常超过这个数，经过调查发现有的团队将几十个应用全部部署到一台机器上，以方便测试，于是这个数字就超过了。

修改zoo.cfg非常简单，然后还需要创建myid文件：
cd server1
echo 1 > myid

然后拷贝server1为server2和server3，并修改其中的zoo.cfg配置，当然也要修改myid的内容为2和3。

下面给出3个server的zoo.cfg 内容：

# server1
tickTime=2000
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=/opt/zookeeper/server1/data
dataLogDir=/opt/zookeeper/server1/dataLog
clientPort=2181
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890
# server2
tickTime=2000
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=/opt/zookeeper/server2/data
dataLogDir=/opt/zookeeper/server2/dataLog
clientPort=2182
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890
# server3
tickTime=2000
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=/opt/zookeeper/server3/data
dataLogDir=/opt/zookeeper/server3/dataLog
clientPort=2183
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890

这里做下说明：因为我们是在同一个机器上模拟的集群，所以要注意server端口号和clientPort不要重复了，不然会出现端口冲突。所以，如果我们是3个不同的机器上做的3个server，那么我们的zoo.cfg配置都是一样的（注意server.{myid}=后面的IP地址使用具体的IP地址，如192.168.0.88）。还有就是，每一个server的myid内容都不能一样，这也可以理解为不同server的标识。

4. 启动

进入 zookeeper-3.4.8/bin 目录，使用 ./zkServer.sh start 启动zk服务。（你也可以使用 ./zkServer.sh start myzoo.cfg 指定配置文件启动，这在自动化运维的时候很有用）
使用 tail -f zookeeper.out 查看日志。
要说的是：在启动第一个的时候，日志中会出现一堆错误，仔细一看就能明白，是因为另外2个server还没有启动它连接不上的错误。然后当我们启动第二个server的时候，日志中的错误将会减少。最后我们把所有server都启动起来后，日志中便没有错误了。

5. 测试

随便进入一个zk目录，连接一个server测试。
cd zookeeper-3.4.8/bin
zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
如果你要连接别的服务器，请指定具体的IP地址。

几个基本命令说明：
ls 查看指定节点中包含的子节点（如：ls / 或 ls /app1/server1）
create 创建节点并赋值
get 读取节点内容
set 改变节点内容
delete 删除节点
注意zk中所有节点都基于路径确定，如你要删除 /app1/server1/nodeA 的命令为：
delete /app1/server1/nodeA

下面是基本操作截图：
Zookeeper的集群配置和Java测试程序

Java程序Demo

创建一个Maven工程
打开pom.xml文件添加zookeeper依赖

        <dependency>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
            <version>3.4.6</version>
        </dependency>

创建Demo.java，代码如下：

package com.shanhy.demo.zookeeper;

import java.io.IOException;

import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

/**
 * Zookeeper测试
 *
 * @create    2016年3月10日
 */
public class Test {

    // 会话超时时间，设置为与系统默认时间一致
    private static final int SESSION_TIMEOUT = 30 * 1000;

    // 创建 ZooKeeper 实例
    private ZooKeeper zk;

    // 创建 Watcher 实例
    private Watcher wh = new Watcher() {
        /**
         * Watched事件
         */
        public void process(WatchedEvent event) {
            System.out.println("WatchedEvent >>> " + event.toString());
        }
    };

    // 初始化 ZooKeeper 实例
    private void createZKInstance() throws IOException {
        // 连接到ZK服务，多个可以用逗号分割写
        zk = new ZooKeeper("192.168.19.130:2181,192.168.19.130:2182,192.168.19.130:2183", Test.SESSION_TIMEOUT, this.wh);

    }

    private void ZKOperations() throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
        System.out.println("\n1. 创建 ZooKeeper 节点 (znode ： zoo2, 数据： myData2 ，权限： OPEN_ACL_UNSAFE ，节点类型： Persistent");
        zk.create("/zoo2", "myData2".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

        System.out.println("\n2. 查看是否创建成功： ");
        System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", this.wh, null)));// 添加Watch

        // 前面一行我们添加了对/zoo2节点的监视，所以这里对/zoo2进行修改的时候，会触发Watch事件。
        System.out.println("\n3. 修改节点数据 ");
        zk.setData("/zoo2", "shanhy20160310".getBytes(), -1);

        // 这里再次进行修改，则不会触发Watch事件，这就是我们验证ZK的一个特性“一次性触发”，也就是说设置一次监视，只会对下次操作起一次作用。
        System.out.println("\n3-1. 再次修改节点数据 ");
        zk.setData("/zoo2", "shanhy20160310-ABCD".getBytes(), -1);

        System.out.println("\n4. 查看是否修改成功： ");
        System.out.println(new String(zk.getData("/zoo2", false, null)));

        System.out.println("\n5. 删除节点 ");
        zk.delete("/zoo2", -1);

        System.out.println("\n6. 查看节点是否被删除： ");
        System.out.println(" 节点状态： [" + zk.exists("/zoo2", false) + "]");
    }

    private void ZKClose() throws InterruptedException {
        zk.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, KeeperException {
        Test dm = new Test();
        dm.createZKInstance();
        dm.ZKOperations();
        dm.ZKClose();
    }
}

我想代码不用解释了，该注释的里面都注释了。

下面有一种特殊的情况的处理思路：
有server1、server2、server3这三个服务，在client去连接zk的时候，指向server1初始化的过程中是没有问题的，然而刚刚初始化完成，准备去连接server1的时候，server1因为网络等原因挂掉了。
然而对client来说，它会拿server1的配置去请求连接，这时肯定会报连接被拒绝的异常以致启动退出。
所以优雅的解决这个问题的方法思路就是“在连接的时候判断连接状态，如果未连接成功，程序自动使用其他连接去请求连接”，这样来避开这种罕见的异常问题。

代码如下：

    // 初始化 ZooKeeper 实例
    private void createZKInstance() throws IOException {
        // 连接到ZK服务，多个可以用逗号分割写
        zk = new ZooKeeper("192.168.19.130:2181,192.168.19.130:2182,192.168.19.130:2183", Test.SESSION_TIMEOUT, this.wh);
        if(!zk.getState().equals(States.CONNECTED)){
            while(true){
                if(zk.getState().equals(States.CONNECTED)){
                    break;
                }
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

上面的代码是基于zk提供的库的API来你使用的，为了更易于使用，有人写了开源的zkclient，我们可以直接使用它来操作zk。
zkclient 开源地址：https://github.com/sgroschupf/zkclient
maven 依赖配置：

        <!--zkclient -->
        <dependency>
            <groupId>com.101tec</groupId>
            <artifactId>zkclient</artifactId>
            <version>0.7</version>
        </dependency>

zkClient 针对 zk 的一次性watcher，做了重新封装，然后定义了 stateChanged、znodeChanged、dataChanged 三种监听器。

  1. 监听children变化
  2. 监听节点数据变化
  3. 监听连接状态变化

代码如下：

package com.shanhy.demo.zookeeper;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import org.I0Itec.zkclient.DataUpdater;
import org.I0Itec.zkclient.IZkChildListener;
import org.I0Itec.zkclient.IZkDataListener;
import org.I0Itec.zkclient.IZkStateListener;
import org.I0Itec.zkclient.ZkClient;
import org.apache.zookeeper.Watcher.Event.KeeperState;

/**
 * ZkClient的使用测试
 *
 * @author   单红宇(365384722)
 * @myblog  http://blog.csdn.net/catoop/
 * @create    2016年3月11日
 */
public class ZkClientTest {

    public static void main(String[] args) {
        ZkClient zkClient = new ZkClient("192.168.19.130:2181,192.168.19.130:2182,192.168.19.130:2183");
        String node = "/myapp";

        // 订阅监听事件
        childChangesListener(zkClient, node);
        dataChangesListener(zkClient, node);
        stateChangesListener(zkClient);

        if (!zkClient.exists(node)) {
            zkClient.createPersistent(node, "hello zookeeper");
        }
        System.out.println(zkClient.readData(node));

        zkClient.updateDataSerialized(node, new DataUpdater<String>() {

            public String update(String currentData) {
                return currentData + "-123";
            }
        });
        System.out.println(zkClient.readData(node));

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 订阅children变化
     *
     * @param zkClient
     * @param path
     * @author SHANHY
     * @create  2016年3月11日
     */
    public static void childChangesListener(ZkClient zkClient, final String path) {
        zkClient.subscribeChildChanges(path, new IZkChildListener() {

            public void handleChildChange(String parentPath, List<String> currentChilds) throws Exception {
                System.out.println("clildren of path " + parentPath + ":" + currentChilds);
            }

        });
    }

    /**
     * 订阅节点数据变化
     *
     * @param zkClient
     * @param path
     * @author SHANHY
     * @create  2016年3月11日
     */
    public static void dataChangesListener(ZkClient zkClient, final String path){
        zkClient.subscribeDataChanges(path, new IZkDataListener(){

            public void handleDataChange(String dataPath, Object data) throws Exception {
                System.out.println("Data of " + dataPath + " has changed.");
            }

            public void handleDataDeleted(String dataPath) throws Exception {
                System.out.println("Data of " + dataPath + " has changed.");
            }

        });
    }

    /**
     * 订阅状态变化
     *
     * @param zkClient
     * @author SHANHY
     * @create  2016年3月11日
     */
    public static void stateChangesListener(ZkClient zkClient){
        zkClient.subscribeStateChanges(new IZkStateListener() {

            public void handleStateChanged(KeeperState state) throws Exception {
                System.out.println("handleStateChanged");
            }

            public void handleSessionEstablishmentError(Throwable error) throws Exception {
                System.out.println("handleSessionEstablishmentError");
            }

            public void handleNewSession() throws Exception {
                System.out.println("handleNewSession");
            }
        });
    }
}

ZkClient 做了便捷的包装，对Watch做了增强处理。
subscribeChildChanges实际上是通过exists和getChildren关注了两个事件。这样当create(“/path”)时，对应path上通过getChildren注册的listener也会被调用。另外subscribeDataChanges实际上只是通过exists注册了事件。因为从上表可以看到，对于一个更新，通过exists和getData注册的watcher要么都会触发，要么都不会触发。

关于session超时的问题，ZkClient 貌似还是有对 Session Expired 处理的，在ZkClient.processStateChanged方法中。虽然能重新连接，但是连接上是一个新的 session，原有创建的ephemeral znode和watch会被删除，程序上你可能需要处理这个问题。

最后说几点关于ZkClient的注意事项：
1. 创建节点的时候一定要先判断节点是否存在，如果直接使用zkclient创建一个已经存在的节点，则会抛出异常。
2. 使用zkclient创建节点的时候，path描述的路径，预新增的最终节点之前的所有父节点都必须要存在，否则会抛出异常。所以根据自己需要做好处理。

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