一、内存数据
Zookeeper的数据模型是树结构，在内存数据库中，存储了整棵树的内容，包括所有的节点路径、节点数据、ACL信息，Zookeeper会定时将这个数据存储到磁盘上。
1、DataTree
DataTree是内存数据存储的核心，是一个树结构，代表了内存中一份完整的数据。DataTree不包含任何与网络、客户端连接及请求处理相关的业务逻辑，是一个独立的组件。
2、DataNode
DataNode是数据存储的最小单元，其内部除了保存了结点的数据内容、ACL列表、节点状态之外，还记录了父节点的引用和子节点列表两个属性，其也提供了对子节点列表进行操作的接口。
3、ZKDatabase
Zookeeper的内存数据库，管理Zookeeper的所有会话、DataTree存储和事务日志。ZKDatabase会定时向磁盘dump快照数据，同时在Zookeeper启动时，会通过磁盘的事务日志和快照文件恢复成一个完整的内存数据库。
二、事务日志
1、文件存储
在配置Zookeeper集群时需要配置dataDir目录，其用来存储事务日志文件。也可以为事务日志单独分配一个文件存储目录:dataLogDir。若配置dataLogDir为/home/admin/zkData/zk_log，那么Zookeeper在运行过程中会在该目录下建立一个名字为version-2的子目录，该目录确定了当前Zookeeper使用的事务日志格式版本号，当下次某个Zookeeper版本对事务日志格式进行变更时，此目录也会变更，即在version-2子目录下会生成一系列文件大小一致(64MB)的文件。
2、日志格式
在配置好日志文件目录，启动Zookeeper后，完成如下操作
(1) 创建/test_log节点，初始值为v1。
(2) 更新/test_log节点的数据为v2。
(3) 创建/test_log/c节点，初始值为v1。
(4) 删除/test_log/c节点。
经过四步操作后，会在/log/version-2/目录下生成一个日志文件，笔者下是log.cec。
将Zookeeper下的zookeeper-3.4.6.jar和slf4j-api-1.6.1.jar复制到/log/version-2目录下，使用如下命令打开log.cec文件。
java -classpath ./zookeeper-3.4.6.jar:./slf4j-api-1.6.1.jar org.apache.zookeeper.server.LogFormatter log.cec
(1) ZooKeeper Transactional Log File with dbid 0 txnlog format version 2 ：是文件头信息，主要是事务日志的DBID和日志格式版本。
(2) ...session 0x159...0xcec createSession 30000：表示客户端会话创建操作。
(3) ...session 0x159...0xced create '/test_log,... ：表示创建/test_log节点，数据内容为#7631(v1)。
(4) ...session 0x159...0xcee setData ‘/test_log,...：表示设置了/test_log节点数据，内容为#7632(v2)。
(5) ...session 0x159...0xcef create ’/test_log/c,...：表示创建节点/test_log/c。
(6) ...session 0x159...0xcf0 delete '/test_log/c：表示删除节点/test_log/c。
3、日志写入
FileTxnLog负责维护事务日志对外的接口，包括事务日志的写入和读取等。Zookeeper的事务日志写入过程大体可以分为如下6个步骤。
(1) 确定是否有事务日志可写：当Zookeeper服务器启动完成需要进行第一次事务日志的写入，或是上一次事务日志写满时，都会处于与事务日志文件断开的状态，即Zookeeper服务器没有和任意一个日志文件相关联。因此在进行事务日志写入前，Zookeeper首先会判断FileTxnLog组件是否已经关联上一个可写的事务日志文件。若没有，则会使用该事务操作关联的ZXID作为后缀创建一个事务日志文件，同时构建事务日志的文件头信息，并立即写入这个事务日志文件中去，同时将该文件的文件流放入streamToFlush集合，该集合用来记录当前需要强制进行数据落盘的文件流。
(2) 确定事务日志文件是否需要扩容(预分配)：Zookeeper会采用磁盘空间预分配策略。当检测到当前事务日志文件剩余空间不足4096字节时，就会开始进行文件空间扩容，即在现有文件大小上，将文件增加65536KB(64MB)，然后使用"0"填充被扩容的文件空间。
(3) 事务序列化：对事务头和事务体的序列化，其中事务体又可分为会话创建事务、节点创建事务、节点删除事务、节点数据更新事务等。
(4) 生成Checksum：为保证日志文件的完整性和数据的准确性，Zookeeper在将事务日志写入文件前，会计算生成Checksum。
(5) 写入事务日志文件流：将序列化后的事务头、事务体和Checksum写入文件流中，此时并为写入到磁盘上。
(6) 事务日志刷入磁盘：由于步骤5中的缓存原因，无法实时地写入磁盘文件中，因此需要将缓存数据强制刷入磁盘。
4、日志截断
在Zookeeper运行过程中，可能出现非Leader记录的事务ID比Leader上大，这是非法运行状态。此时，需要保证所有机器必须与该Leader的数据保持同步，即Leader会发送TRUNC命令给该机器，要求进行日志截断，Learner收到该命令后，就会删除所有包含或大于该事务ID的事务日志文件。
三、snapshot-数据快照
数据快照是Zookeeper数据存储中非常核心的运行机制，数据快照用来记录Zookeeper服务器上某一时刻的全量内存数据内容，并将其写入指定的磁盘文件中。
1、 文件存储
与事务文件类似，Zookeeper快照文件也可以指定特定磁盘目录，通过dataDir属性来配置。若指定dataDir为/home/admin/zkData/zk_data，则在运行过程中会在该目录下创建version-2的目录，该目录确定了当前Zookeeper使用的快照数据格式版本号。在Zookeeper运行时，会生成一系列文件。
2、数据快照
FileSnap负责维护快照数据对外的接口，包括快照数据的写入和读取等，将内存数据库写入快照数据文件其实是一个序列化过程。针对客户端的每一次事务操作，Zookeeper都会将他们记录到事务日志中，同时也会将数据变更应用到内存数据库中，Zookeeper在进行若干次事务日志记录后，将内存数据库的全量数据Dump到本地文件中，这就是数据快照。其步骤如下
(1) 确定是否需要进行数据快照：每进行一次事务日志记录之后，Zookeeper都会检测当前是否需要进行数据快照，考虑到数据快照对于Zookeeper机器的影响，需要尽量避免Zookeeper集群中的所有机器在同一时刻进行数据快照。采用过半随机策略进行数据快照操作。
(2) 切换事务日志文件：表示当前的事务日志已经写满，需要重新创建一个新的事务日志。
(3) 创建数据快照异步线程：创建单独的异步线程来进行数据快照以避免影响Zookeeper主流程。
(4) 获取全量数据和会话信息：从ZKDatabase中获取到DataTree和会话信息。
(5) 生成快照数据文件名：Zookeeper根据当前已经提交的最大ZXID来生成数据快照文件名。
(6) 数据序列化：首先序列化文件头信息，然后再对会话信息和DataTree分别进行序列化，同时生成一个Checksum，一并写入快照数据文件中去。
