Zookeeper（21）Zookeeper的架构组成有哪些？

Zookeeper 是一个分布式协调服务，常用于分布式应用程序中，提供一致性、高可用性和可靠性。Zookeeper 的架构主要由以下几个部分组成：

1. 客户端（Client）：

   • 客户端是与 Zookeeper 服务器进行交互的实体。客户端通过 Zookeeper API 进行连接、读写数据和注册 Watcher 等操作。

2. 服务器（Server）：

   • Zookeeper 集群中的每个节点都是一个服务器。服务器有三种角色：Leader、Follower 和 Observer。

3. Leader：

   • Leader 是 Zookeeper 集群中的核心节点，负责处理所有写请求和协调事务的提交。Leader 通过 Zab（Zookeeper Atomic Broadcast）协议与 Follower 进行通信，确保数据的一致性。

4. Follower：

   • Follower 是 Zookeeper 集群中的从节点，负责处理读请求和转发写请求给 Leader。此外，Follower 还参与选举 Leader 和同步数据。

5. Observer：

   • Observer 是一种特殊的节点，主要用于扩展集群的读取能力。Observer 不参与 Leader 选举和事务提交，只负责处理读请求。

6. 数据节点（ZNode）：

   • ZNode 是 Zookeeper 中的数据存储单元。每个 ZNode 都有一个唯一的路径，可以存储数据和子节点。ZNode 分为持久节点和临时节点。

Zookeeper 的架构组成图示

+-------------------+
|     Clients       |
+-------------------+
        |
        v
+-------------------+
|    Zookeeper      |
|    Ensemble       |
|                   |
|  +-----------+    |
|  |   Leader   |   |
|  +-----------+    |
|    /       \      |
|   /         \     |
|  v           v    |
| +---------+ +---------+
| | Follower | | Follower |
| +---------+ +---------+
|   /      \    /      \
|  v        v  v        v
| +---------+ +---------+
| | Observer | | Observer |
| +---------+ +---------+
+-------------------+

代码示例

以下代码示例展示了如何使用 Zookeeper 客户端连接 Zookeeper 集群并进行基本操作。

1. 添加 Maven 依赖

在 pom.xml 中添加 Zookeeper 客户端的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.6.3</version>
</dependency>

2. 创建 Zookeeper 客户端并进行基本操作

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.io.IOException;

public class ZookeeperClientExample {
    private static final String ZK_ADDRESS = "localhost:2181";
    private static final int SESSION_TIMEOUT = 3000;

    private ZooKeeper zooKeeper;

    public void connect() throws IOException {
        zooKeeper = new ZooKeeper(ZK_ADDRESS, SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
                    System.out.println("Successfully connected to Zookeeper");
                }
            }
        });
    }

    public void createNode(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException {
        zooKeeper.create(path, data, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    }

    public byte[] getNodeData(String path) throws KeeperException, InterruptedException {
        return zooKeeper.getData(path, false, null);
    }

    public void updateNodeData(String path, byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException {
        zooKeeper.setData(path, data, -1);
    }

    public void deleteNode(String path) throws KeeperException, InterruptedException {
        zooKeeper.delete(path, -1);
    }

    public void close() throws InterruptedException {
        if (zooKeeper != null) {
            zooKeeper.close();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZookeeperClientExample client = new ZookeeperClientExample();
        client.connect();

        String path = "/example_node";
        byte[] data = "Hello Zookeeper".getBytes();

        // Create node
        client.createNode(path, data);

        // Retrieve and print node data
        byte[] retrievedData = client.getNodeData(path);
        System.out.println("Data of node " + path + ": " + new String(retrievedData));

        // Update node data
        byte[] newData = "Updated data".getBytes();
        client.updateNodeData(path, newData);

        // Retrieve and print updated node data
        byte[] updatedData = client.getNodeData(path);
        System.out.println("Updated data of node " + path + ": " + new String(updatedData));

        // Delete node
        client.deleteNode(path);

        client.close();
    }
}

详细解释

1. 连接 Zookeeper：

   • 在 connect 方法中，创建一个新的 Zookeeper 客户端实例，并通过 Watcher 监听连接状态。

2. 创建节点：

   • 在 createNode 方法中，使用 zooKeeper.create 方法创建一个新的节点。ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE 表示不安全的 ACL（任何人都可以访问），CreateMode.PERSISTENT 表示持久节点。

3. 读取节点数据：

   • 在 getNodeData 方法中，使用 zooKeeper.getData 方法读取节点数据。

4. 更新节点数据：

   • 在 updateNodeData 方法中，使用 zooKeeper.setData 方法更新节点数据。

5. 删除节点：

   • 在 deleteNode 方法中，使用 zooKeeper.delete 方法删除节点。

6. 关闭连接：

   • 在 close 方法中，关闭 Zookeeper 客户端连接。

总结

Zookeeper 的架构主要由客户端、服务器（包括 Leader、Follower 和 Observer）以及数据节点（ZNode）组成。通过上述代码示例，可以了解如何使用 Zookeeper 客户端连接 Zookeeper 集群并进行基本的节点创建、读取、更新和删除操作。