Zookeeper入门实战
zookeeper是一个为分布式应用提供一致性协调服务的中间件，主要用来解决分布式应用中经常遇到的一些一致性问题，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。本文主要包括zookeeper简介、安装、命令行操作、java操作zookeeper等，文中所使用到的软件版本：java 1.8.0_191、zookeeper 3.6.0、junit 4.13、centos 7.6。
1、简介
1.1、设计目标
zookeeper is simple.
zookeeper is replicated.
zookeeper is ordered.
zookeeper is fast.
zookeeper是简单、可复制、有序、快速的。
1.2、数据模型和层次命名空间
zookeeper提供的命名空间与标准文件系统的命名空间非常类似。命名空间由一系列路径组成，用/分隔。zookeeper命名空间中的每个节点使用一个具体路径来标识。zookeeper的层次命名空间结构如下：
1.3、节点
与标准文件系统不同的是，zookeeper命名空间的每个节点可以保存数据，就像一个文件系统中的文件，它既是文件也是目录。zookeeper用来存储状态信息、配置、位置信息等，因此存储在每个节点上的数据通常很小，在字节到千字节范围内。有四种类型的节点：
临时节点(ephemeral)：会话结束该节点自动被删除，临时节点不能拥有子节点
临时顺序节点(ephemeral_sequential)：具有临时节点特征，但是它会在节点名称后面增加一个序列号，分布式锁中会用到该类型节点
持久节点(persistent)：创建后永久存在，可以自动删除；也可以设置一个存活时间，当指定存活时间过去以后，如果相应的节点没有得到更新且没有直接的，就会被自动删除
持久顺序节点(persistent_sequential)：具有持久节点特征，但是它会在节点名称后面增加一个序列号
注：顺序节点中序列号对于此节点的父节点是唯一的，它是一个10位的数字，如果这个序列号大于2^32-1就会溢出。
1.4、更新和监视
客户端可以监视一个节点，当该节点发生变化时会，客户端会收到该节点变化的通知；一个监视器只会触发一次，触发后会删除该监视器。如果客户端和其中一个zookeeper服务器之间的连接中断，则客户端将收到一个本地通知。
1.5、状态信息
zxid：zookeeper每次状态改变都收到一个zxid(zookeeper transaction id)，zxid是全局有序的，每次更新都会产生一个新的，且后面的大于前面的。
版本：每次节点改变都会使该节点的版本号增加，有三中版本号：dataversion(数据版本号)、cversion(子节点版本号)、aclversion(节点所拥有的acl版本号)
通过stat [-w] path可以查看节点的具体状态信息：
czxid 创建节点时的事务id
ctime 创建节点时的时间
mzxid 最后修改节点的事务id
mtime 最后修改节点的时间
pzxid 该节点的子节点最后一次修改的事务id，添加子节点或删除子节点就会影响子节点列表，但是修改子节点的数据内容则不影响该id
cversion 子节点版本号，子节点每次修改版本号加1
dataversion 数据版本号，数据每次修改该版本号加1
aclversion 权限版本号，权限每次修改该版本号加1
ephemeralowner 节点的会话id，只有临时节点有，持久节点值为0
datalength 节点的数据长度
numchildren 节点的子节点数量
1.6、特性
zookeeper的目标是作为构建其他复杂服务的基石，因此它提供了一系列的特性：
一致性：数据一致性, 数据按照顺序分批入库
原子性：事务要么成功要么失败
单一视图：客户端连接集群中的任意zk节点, 数据都是一致的
可靠性：每次对zk的操作状态都会保存在服务端
实时性:：客户端可以读取到zk服务端的最新数据
2、zoo.cfg参数说明
clientport zookeeper服务器对客户端暴露的端口
datadir zookeeper服务器存储快照文件的目录，事务日志文件默认也保存在该目录下，除非另外指定。
datalogdir 服务器存储事务日志文件的目录，默认与datadir一致。建议将它和datadir分别配置，防止磁盘的并发读写，影响服务器性能。可将其配置在一个单独的磁盘上。
ticktime 服务器最小时间单元，默认值3000ms
initlimit leader服务器等待follewer服务器启动，并完成数据同步的时间，默认为10，表示10*ticktime
synclimit leader服务器和follewer服务器之间进行心跳检测的间隔时间，默认为5，表示5*ticktime
server.id zookeeper集群的机器列表，其中id为serverid,与myid文件中的值对应。第一个端口用于指定leader服务器和follewer服务器进行运行时通信和数据同步所使用的端口，第二个端口用于进行leader选举过程中的投票通信
3、安装
3.1、单机版安装
3.1.1、下载并解压zookeeper
下载地址：http://zookeeper.apache.org/releases.html
解压：tar zxvf zookeeper-3.6.0.tar.gz
3.1.2、修改配置文件
zoo.cfg默认不存在，可以从zoo_sample.cfg conf拷贝一份：
cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/conf cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
配置文件zoo.cfg中的内容可以使用文件中的默认值，也可以根据实际需要修改配置项：
datadir=/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data
3.1.3、启动停止
cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/bin zkserver.sh start #启动 zkserver.sh stop #停止
3.2、集群安装
假设在172.17.139.160、172.17.139.161、172.17.139.162三台机器上安装。
3.2.1、下载并解压zookeeper(每台机器)
下载地址：http://zookeeper.apache.org/releases.html
解压：tar zxvf zookeeper-3.6.0.tar.gz
3.2.2、修改zoo.cfg配置文件(每台机器)
zoo.cfg默认不存在，可以从zoo_sample.cfg conf拷贝一份：
cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/conf cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
zoo.cfg中集群与单机的配置不同的地方是server.id参数，其他根据实际需要修改配置项：
datadir=/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data server.1=172.17.139.160:2555:3555 server.2=172.17.139.161:2555:3555 server.3=172.17.139.162:2555:3555
3.2.3、创建myid文件(每台机器)
在datadir(/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data)目录下创建myid文件，文件内容为该zookeeeper在集群中的id，对应上面zoo.cfg中server.后的数字。
172.17.139.160:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：
1
172.17.139.161:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：
2
172.17.139.162:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：
3
3.2.4、启动停止(每台机器)
cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/bin zkserver.sh start #启动 zkserver.sh stop #停止
4、命令行
bin/zkcli.sh可以启动一个客户端连接到zookeeper：
bin/zkcli.sh [-server host:port]
不加server参数，默认连接到本地2181端口；启动后可以输入help/h查看使用方法：
[zk: localhost:2181(connected) 4] help
zookeeper -server host:port cmd args
addwatch [-m mode] path # optional mode is one of [persistent, persistent_recursive] - default is persistent_recursive
addauth scheme auth
close
config [-c] [-w] [-s]
connect host:port
create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
delete [-v version] path
deleteall path [-b batch size]
delquota [-n|-b] path
get [-s] [-w] path
getacl [-s] path
getallchildrennumber path
getephemerals path
history
listquota path
ls [-s] [-w] [-r] path
printwatches on|off
quit
reconfig [-s] [-v version] [[-file path] | [-members serverid=host:port1:port2;port3[,...]*]] | [-add serverid=host:port1:port2;port3[,...]]* [-remove serverid[,...]*]
redo cmdno
removewatches path [-c|-d|-a] [-l]
set [-s] [-v version] path data
setacl [-s] [-v version] [-r] path acl
setquota -n|-b val path
stat [-w] path
sync path
version
command not found: command not found help
[zk: localhost:2181(connected) 5]
4.1、列出子节点
ls [-s] [-w] [-r] path
-s：显示节点状态信息
-w：监听该节点
-r：递归查看所有子节点
如：ls /
4.2、创建节点
create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
-s：顺序节点
-e：临时节点
-t：设置存活时间(针对持久节点，单位秒)；需要开启，默认是关闭的，参见第6小节：ttl(time to life)
acl：权限控制
如：create /test test
4.3、查看节点
get [-s] [-w] path
-s：显示状态
-w：监听该节点
如：get /test
4.4、设置节点
set [-s] [-v version] path data
-s：返回状态信息
-v：设置版本信息
如：set /test testaa
4.4、查看节点状态
stat [-w] path
-w：监视该节点
如：stat /test
4.5、删除节点
delete [-v version] path
-v：指定版本信息
如：delete /test
4.6、设置权限
setacl [-s] [-v version] [-r] path acl
-s：返回状态信息
-v：指定版本信息
-r：递归设置权限
4.7、查看权限
getacl [-s] path
-s：返回状态信息
5、权限控制acl(access control list)
zookeeper的权限控制是基于每个znode节点的，需要对每个节点设置权限，子节点不会继承父节点的权限；acl由三个字段组成：schema:id:permission。
5.1、schema(权限模式)
world 只有一个id，anyone，代表所有人
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
ip 使用ip地址认证
x509 使用客户端x500 principal认证
5.2、id(授权对象)
权限赋予的用户或者一个实体
word对应的id只有一个：anyone
digest自定义id，通常为“usernmae:base64(sha-1(username:password))”
ip对应的id为一个ip或ip段，如10.49.196.10、10.49.196.0、24
5.3、permission(权限)
create(c) 可以创建子节点
read(r) 可以读取节点数据及显示子节点列表
write(w) 可以设置节点数据
delete(d) 可以删除子节点（仅下一级节点）
admin(a) 可以设置节点权限
5.4、例子
5.4.1、word例子
setacl /acltest world:anyone:cdrwa
创建节点时如果没有设置权限，这是默认的权限。
5.4.2、auth例子
addauth digest jack:123456 #先添加认证用户 setacl /acltest auth:jack:cdrwa
再开一个终端需先添加认证用户(addauth digest jack:123456)才能访问/actltest
5.4.3、digest例子
echo -n jack:123456 | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64#得到密文tgi9ucnypo5fjjvylkr05nalweg= setacl /acltest digest:jack:tgi9ucnypo5fjjvylkr05nalweg=:cdrwa
添加认证用户(addauth digest jack:123456)后才能访问/actltest。
5.4.4、ip例子
setacl /acltest ip:10.49.196.10:cdrwa
10.49.196.10的机器才能访问/actltest。
6、ttl(time to life)
在zookeeper中，当创建一个persistent或者persistent_sequential节点的时候，可以有选择的给这个节点设置一个存活时间(ttl)；当指定存活时间过去以后，如果该节点没有得到更新且没有直接的，就会被自动删除。
默认该特性是关闭的，如果需要设置java系统属性：zookeeper.extendedtypesenabled；由于ttl节点是在3.5.3版本增加的，3.5.4/3.6.0版本并不支持，所以在3.5.4/3.6.0等其他版本还需设置另外一个java系统属性：dzookeeper.emulate353ttlnodes。可以修改zkserver.sh脚本，增加：
-dzookeeper.extendedtypesenabled=true -dzookeeper.emulate353ttlnodes=true
在zkserver.sh脚本里查找到start关键字，在如下图所示的地方增加上面的代码，如何重启zookeeper即可。
7、java操作zookeeper
7.1、原生api操作zookeeper
7.1.1、引入依赖
<dependency>
<groupid>org.apache.zookeeper</groupid>
<artifactid>zookeeper</artifactid>
<version>3.6.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupid>junit</groupid>
<artifactid>junit</artifactid>
<version>4.13</version>
</dependency>
7.1.2、基本操作
package com.inspur.demo.general.zookeeper;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.acl;
import org.apache.zookeeper.data.id;
import org.apache.zookeeper.data.stat;
import org.junit.after;
import org.junit.before;
import org.junit.test;
import java.io.ioexception;
import java.util.arrays;
import java.util.collections;
import java.util.concurrent.countdownlatch;
/**
* zookeeper基本操作列子
*/
public class zookeepercase {
//zookeeper地址，集群多个地址间用逗号分隔，如:10.49.196.10:2181,10.49.196.11:2181,10.49.196.12:2181
private static string connectstring = "10.49.196.10:2181";
private static int sessiontimeout = 2 * 1000;
private zookeeper zookeeper;
@before
public void before() {
try {
zookeeper = new zookeeper(connectstring, sessiontimeout, new watcher() {
@override
public void process(watchedevent watchedevent) {
}
});
system.out.println(zookeeper.getstate());
} catch (ioexception e) {
e.printstacktrace();
}
}
@after
public void after() throws exception {
zookeeper.close();
}
/**
* 创建节点
*/
@test
public void create() throws exception {
/*
* 同步创建持久节点,acl为world:anyone:cdrwa
* 等同于该命令:create /javatest/node1 test world:anyone:cdrwa
*/
zookeeper.create("/javatest/node1", "test".getbytes(), zoodefs.ids.open_acl_unsafe, createmode.persistent);
/*
* 同步创建持久节点,acl为world:anyone:cr
* 等同于该命令:create /javatest/node2 test world:anyone:cr
*/
zookeeper.create("/javatest/node2", "test".getbytes(), collections.singletonlist(new acl((zoodefs.perms.create + zoodefs.perms.read), zoodefs.ids.anyone_id_unsafe)), createmode.persistent);
/*
* 异步创建临时顺序节点，acl为ip:127.0.0.1:c
* 等同于该命令:create -s -e /javatest/node3 test ip:127.0.0.1:c
*/
countdownlatch counter = new countdownlatch(1);
zookeeper.create("/javatest/node3", "test".getbytes(), collections.singletonlist(new acl(zoodefs.perms.create, new id("ip", "127.0.0.1"))), createmode.ephemeral_sequential
,new asynccallback.stringcallback() {
@override
public void processresult(int rc, string path, object ctx, string name) {
system.out.println("rc=" + rc + ",path=" + path + ",ctx=" + ctx + ", name=" + name);
counter.countdown();
}
}, "上下文对象,异步回调时会传递给callback");
counter.await();
/*
* 同步创建持久节点,acl为digest:jack:tgi9ucnypo5fjjvylkr05nalweg=:cdrwa
* 等同于该命令:create /javatest/node4 test digest:jack:tgi9ucnypo5fjjvylkr05nalweg=:cdrwa
* 添加认证用户(addauth digest jack:123456)后才能访问/javatest/node4
*/
zookeeper.create("/javatest/node4", "test".getbytes(), collections.singletonlist(new acl(zoodefs.perms.all, new id("digest", "jack:tgi9ucnypo5fjjvylkr05nalweg="))) , createmode.persistent);
/*
* 同步创建顺序持久节点,acl为world:anyone:cdrwa,存活时间为5秒
* 等同于该命令:create -s -t 5000 /javatest/node5 test
*/
stat stat = new stat();
zookeeper.create("/javatest/node5", "test".getbytes(), zoodefs.ids.open_acl_unsafe, createmode.persistent_sequential_with_ttl, stat, 5000);
system.out.println(stat);
}
/**
* 获取节点数据
* @throws exception
*/
@test
public void getdata() throws exception {
//同步读取数据
stat stat = new stat();
byte[] data = zookeeper.getdata("/javatest/node1", false, stat);
system.out.println(new string(data));
system.out.println(stat);
//异步读取数据
zookeeper.addauthinfo("digest", "jack:123456".getbytes());
countdownlatch counter = new countdownlatch(1);
zookeeper.getdata("/javatest/node4", false, new asynccallback.datacallback() {
@override
public void processresult(int rc, string path, object ctx, byte[] data, stat stat) {
string s = "";
if (data != null) {
s = new string(data);
}
system.out.println("rc=" + rc + ",path=" + path + ",ctx=" + ctx + ",data=" + s + ",stat=" + stat);
counter.countdown();
}
}, "上下文对象,异步回调时会传递给callback");
counter.await();
}
@test
public void setdata() throws exception {
//同步设置数据，version为-1表示匹配任何版本
stat stat = zookeeper.setdata("/javatest/node1", "test2".getbytes(), -1);
system.out.println(stat);
//异步设置数据
zookeeper.addauthinfo("digest", "jack:123456".getbytes());
countdownlatch counter = new countdownlatch(1);
zookeeper.setdata("/javatest/node4", "test2".getbytes(), -1, new asynccallback.statcallback(){
@override
public void processresult(int rc, string path, object ctx, stat stat) {
system.out.println("rc=" + rc + ",path=" + path + ",stat=" + stat);
counter.countdown();
}
}, "上下文对象,异步回调时会传递给callback");
counter.await();
}
@test
public void delete() throws exception {
//同步删除数据
zookeeper.delete("/javatest/node1", -1);
//异步删除数据
countdownlatch counter = new countdownlatch(1);
zookeeper.delete("/javatest/node2", -1, new asynccallback.voidcallback(){
@override
public void processresult(int rc, string path, object ctx) {
system.out.println("rc=" + rc + ",path=" + path + ",ctx=" + ctx);
counter.countdown();
}
}, "上下文对象,异步回调时会传递给callback");
counter.await();
}
}
7.1.3、监控节点
datamonitor类实现对节点的监控，节点有变化时会回调datamonitorlistener.process方法，该方法由调用方根据业务来实现；watchercase类传入需要的参数来启动datamonitor。
该例子是根据官网例子改造而来，相较官网更简单了些。
package com.inspur.demo.general.zookeeper;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.stat;
public class datamonitor implements runnable {
private zookeeper zk;
private datamonitorlistener listener;
/**
* 节点变化时会回调该方法，把监控变化类型及新数据带过来
*/
public interface datamonitorlistener {
void process(watchedevent event, byte[] data);
}
public datamonitor(string hostport, string znode, datamonitorlistener listener) throws exception {
this.listener = listener;
asynccallback.statcallback callback = new asynccallback.statcallback() {
@override
public void processresult(int rc, string path, object ctx, stat stat) {
system.out.println("rc=" + rc + ",path=" + path + ",ctx=" + ctx + ",stat=" + stat);
switch (rc) {
case keeperexception.code.ok:
case keeperexception.code.nonode:
return;
case keeperexception.code.sessionexpired:
case keeperexception.code.noauth:
close();
return;
default:
zk.exists(znode, true, this, null);
return;
}
}
};
//监视器
watcher watcher = new watcher() {
@override
public void process(watchedevent event) {
system.out.println(event);
if (event.gettype() == event.eventtype.none) {
switch (event.getstate()) {
case syncconnected:
break;
case expired:
close();
break;
}
} else {
try {
byte[] bytes = zk.getdata(event.getpath(), false, null);
listener.process(event, bytes);
} catch (exception e) {
e.printstacktrace();
}
if (event.getpath() != null && event.getpath().equals(znode)) {
//再次监控
zk.exists(znode, true, callback, null);
}
}
}
};
zk = new zookeeper("10.49.196.10:2181", 20000, watcher);
zk.exists(znode, true, callback, null);
}
@override
public void run() {
try {
synchronized (this) {
wait();
}
} catch (interruptedexception e) {
e.printstacktrace();
}
}
public void close() {
synchronized (this) {
notifyall();
}
}
}
package com.inspur.demo.general.zookeeper;
import org.apache.zookeeper.*;
/**
* 监视节点样例
*/
public class watchercase {
public static void main(string[] args) throws exception {
datamonitor.datamonitorlistener listener = new datamonitor.datamonitorlistener() {
@override
public void process(watchedevent event, byte[] data) {
//todo:根据实际情况处理
if (event.gettype() == watcher.event.eventtype.nodedatachanged) {
system.out.println(new string(data));
}
}
};
new datamonitor("10.49.196.10:2181", "/watchtest", listener).run();
}
}
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