能否用通俗的讲法解释一下什么是Zookeeper？

能否用通俗的讲法解释一下什么是Zookeeper？

本篇内容主要是对自己最近研究和学习zookeepr的一个总结，包含对zookeeper基本原理、集群运维以及使用过程中一些经验的总结。

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Zookeeper是一个高性能、分布式且高效可靠的协调服务框架，基于它可以实现分布式系统中常见的各种服务和应用场景，比如统一配置管理、服务发现、数据同步、名空间、集群管理、分布式锁等等。

Zookeeper是以集群方式对外进行服务提供，一个zookeeper集群中的节点主要可分为三种角色，分别为：Leader、Follower、Observer，其中：

集群Leader的选举，只有leader和follower节点参加，observer既不参加与选举投票也不做投票的响应。一个可运行的zookeeper集群节点数必须要保持为奇数(2n+1台)，否则在选举过程中将会产生脑裂(split-brain)问题，无法选出正确Leader。另外，当集群节点中有故障时，也必须保持在n+1台可用，否则在数据变更过程中无法实现过半支持，这样ZK集群将会自动退出，整个服务不可用。

zookeeper系统架构大致为：

下面分别对zookeeper几个核心概念进行简单介绍：

Zookeeper实现数据一致性的主要核心算法，是为Zookeeper专门设计的一种支持崩溃恢复的原子广播协议，主要为高吞吐量、低延迟、健壮、简单的分布式场景设计，不同于通用的分布式一致性算法Paxos(ZAB vs Paxos)，协议全称为：Zookeeper原子消息广播协议(ZooKeeper Atmoic Broadcast)。

如图所示，zookeeper数据在内存中是以树形结构方式进行存储，与我们Linux系统的文件系统类似，但所有节点却没有目录和文件的概念，每个节点都统称为ZNode，是zookeeper中的最小数据存储单元，每个znode即可保存数据，也可以挂载子节点，且每个节点都有一个唯一路径名，比如:/app1/p_2。

Zookeeper的数据节点主要分为三类，分别为：持久节点、顺序节点、临时节点；在使用过程中，又可延伸出：顺序持久节点和顺序临时节点。其中，持久节点非常好理解，顾名思义他是一种一旦创建后就可以一直持久存储，除非被主动删除；临时节点，他的生命周期则是与客户端会话息息相关，客户端会话失效，节点也会被同步清除，同时也只能做叶子节点，主要使用场景用于服务发现，机器注册等。

每个节点在创建时，除了存储节点数据内容之外，zookeeper还会每个节点维护一份状态信息，用于描述当前节点的数据大小、子节点数、创建修改时间、事务ID、版本以及子节点版本等等，详见官方文档。同时，对于每个节点数据状态的变化，客户端可以在每个节点(ZNode)上增加监听(watcher)来感知具体的数据变化情况。

Zookeeper Leader选举共有四种算法：UDP协议的LeaderElection、UDP协议FastLeaderElection(包括：授权和非授权两种模式)以及TCP协议FastLeaderElection，在3.4.0版本之后，已废弃了前面三种算法，默认只使用TCP协议版的FastLeaderElection。

选举过程中，zookeeper集群服务器节点中主要有4种状态：

Leader选举主要会发生在两个阶段，分别为：服务器启动时期以及服务器运行期间。在运行期间Leader选举成功后，所有服务器角色一般都不会发生更改，无论是有非Leader机器挂了还是新机器加入，都不会影响到Leader。除非Leader机器挂了，才会触发新一轮的Leader选举，以保证整个集群可继续对外提供服务。

Leader选举涉及术语解释

Leader选举过程，主要包括以下几步骤：

根据规则，在Server1中接收到Server2的投票为(2,0)，那么他将会把自己的投票更改为(2,0)然后再重新发出去，那么对于Server2来说无需再更新自己的投票，只需要将上次的投票继续向集群中广播。​

在zookeeper中，所有数据的变更操作都需要转发给Leader进行处理，leader处理完成后再向其他节点进行同步。一次数据的写操作，主要会涉及到以下几个流程：

具体流程如图所示：

读数据的话，直接从所连接的服务器内存进行读取，如图：

Zookeeper服务端的节点数据变化，客户端可以通过注册监听(wathcer)来实现感知，zookeeper会将数据状态的变化以watch事件形式一一通知给注册的客户端。

wathcer可以在每个节点上进行注册，注册方式主要有三种数据操作接口，分别为：获取数据(getData)、获取子节点(getChildren)、判断数据是否存在(exists)。

一个watcher通知事件，主要包含两部分信息：连接状态和事件类型。其中：

同一个事件类型在不同的连接状态中所代表的含义也有所不同，数据相关的事件(NodeCreated、NodeDeleted、NtodeChanged)只有在SyncConnected状态下才会出现。

Watch机制实现，主要有三个过程：客户端注册watcher———>服务端处理watcher——>客户端Callback watcher。主要流程为：

watch事件通知流程大致为：

另外，在使用watch时，需要注意：

参考文献Zookeeper从Paxos到ZookeeperZooKeeper In The Wild

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