1 简介
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。
ZooKeeper是用于分布式应用程序的分布式，开放源代码协调服务。它公开了一组简单的原语，分布式应用程序可以基于这些原语来实现用于同步，配置维护以及组和命名的更高级别的服务。它的设计易于编程，并使用了按照文件系统熟悉的目录树结构样式设置的数据模型。它以Java运行，并且具有Java和C的绑定。
众所周知，协调服务很难做到。它们特别容易出现诸如比赛条件和死锁之类的错误。ZooKeeper背后的动机是减轻分布式应用程序从头开始实施协调服务的责任。
附上官网地址：https://zookeeper.apache.org
2 核心功能
2.1 工作机制
Zookeeper从设计模式角度来理解：是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。
Zookeeper = 文件系统 + 通知机制
2.2 特点
- Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
- 集群中只要有
半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务 - 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，数据都是一致的
- 更新请求顺序进行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行
- 数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
- 实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。
2.3 数据结构
ZooKeeper数据模型的结构与Unix文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。
2.4 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。
2.4.1 统一命名服务
命名服务是分步实现系统中较为常见的一类场景，分布式系统中，被命名的实体通常可以是集群中的机器、提供的服务地址或远程对象等，通过命名服务，客户端可以根据指定名字来获取资源的实体、服务地址和提供者的信息，最常见的就是RPC 框架的服务地址列表的命名。Zookeeper也可帮助应用系统通过资源引用的方式来实现对资源的定位和使用，广义上的命名服务的资源定位都不是真正意义上的实体资源，在分布式环境中，上层应用仅仅需要一个全局唯一的名字。Zookeeper可以实现一套分布式全局唯一ID的分配机制。（用UUID的方式的问题在于生成的字符串过长，浪费存储空间且字符串无规律不利于开发调试）
通过调用Zookeeper节点创建的API接口就可以创建一个顺序节点，并且在API返回值中会返回这个节点的完整名字，利用此特性，可以生成全局ID，其步骤如下
1. 客户端根据任务类型，在指定类型的任务下通过调用接口创建一个顺序节点，如"job-"。
2. 创建完成后，会返回一个完整的节点名，如"job-00000001"。
- 客户端拼接type类型和返回值后，就可以作为全局唯一ID了，如"type2-job-00000001"
2.4.2 统一配置管理
1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。
- 一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如 Kafka 集群。
- 对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。
2）配置管理可交由ZooKeeper实现
- 可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode
- 各个客户端服务器监听这个Znode
- 一旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器。
2.4.3 统一集群管理
1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。
- 可根据节点实时状态做出一些调整。
2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化
可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。
监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。
2.4.5 服务器节点动态上下线
客户端能实时洞察到服务器上下线的变化
2.4.6 软负载均衡
在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。
3 Zookeeper内部原理
3.1 选举机制
1）半数机制：集群中半数以上机器存活，集群可用。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。
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。
（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，所以服务器4只能成为follower。
（5）服务器5启动，同样也只能成为follower。
3.2 节点类型
1）Znode有两种类型：
- 短暂（ephemeral）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点自己删除
- 持久（persistent）：客户端和服务器端断开连接后，创建的节点不删除
2）Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）
（1）持久化目录节点（PERSISTENT）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
（2）持久化顺序编号目录节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
（3）临时目录节点（EPHEMERAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除
（4）临时顺序编号目录节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）
客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号
3）创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护
4）在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序
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 监听原理
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1、监听原理详解：
- 首先要有一个main()线程
- 在main线程中创建Zookeeper客户端，这时就会创建两个线程，一个负责网络连接通信（connet），一个负责监听（listener）
- 通过connect线程将注册的监听事件发送给Zookeeper。
- 在Zookeeper的注册监听器列表中将注册的监听事件添加到列表中
- Zookeeper监听到有数据或路径变化，就会将这个消息发送给listener线程。
- listener线程内部调用了process()方法
2、常见的监听：
- 监听节点数据的变化
get path [watch] - 监听子节点增减的变化
ls path [watch]
3.5 写数据流程
4 相关信息
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