大数据技术之_06_Zookeeper学习_Zookeeper入门+Zookeeper安装+Zookeeper内部原理+Zookeeper实战（开发重点）+企业面试真题

黑泽君

发布于 2019-03-06 12:56:04

7620

发布于 2019-03-06 12:56:04

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第1章 Zookeeper入门

1.1 概述

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。

1.2 特点

1.3 数据结构

1.4 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。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

1.5 下载地址

1、官网首页： https://zookeeper.apache.org/

2、下载截图，如下图所示

第2章 Zookeeper安装

2.1 本地模式安装部署

1、安装前准备 （1）安装jdk （2）拷贝Zookeeper安装包到Linux系统下（3）解压到指定目录

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

2、配置修改 （1）将/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf/这个路径下的zoo_sample.cfg修改为zoo.cfg；

[atguigu@hadoop102 conf]$ pwd
/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf
[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件，修改dataDir路径：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ vim zoo.cfg

修改如下内容：

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

（3）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录上创建zkData文件夹

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir zkData

3、操作Zookeeper （1）启动Zookeeper：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看进程是否启动：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ jps
4020 Jps
4001 QuorumPeerMain

（3）查看状态：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: standalone

（4）启动客户端：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（5）退出客户端：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] quit

（6）停止Zookeeper服务：

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh stop

2.2 配置参数解读

Zookeeper中的配置文件zoo.cfg中参数含义解读如下：

1、tickTime=2000：通信心跳数，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒。 Zookeeper使用的基本时间，服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳，时间单位为毫秒。它用于心跳机制，并且设置最小的session超时时间为两倍心跳时间。(session的最小超时时间是2*tickTime)
2、initLimit=10：LF初始通信时限集群中的Follower跟随者服务器与Leader领导者服务器之间初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），用它来限定集群中的Zookeeper服务器连接到Leader的时限。
3、syncLimit=5：LF同步通信时限集群中Leader与Follower之间的最大响应时间单位，假如响应超过syncLimit * tickTime，Leader认为Follwer死掉，从服务器列表中删除Follwer。
4、dataDir：数据文件目录+数据持久化路径主要用于保存Zookeeper中的数据。
5、clientPort=2181：客户端连接端口监听客户端连接的端口。

第3章 Zookeeper内部原理

3.1 选举机制（面试重点）

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。假设有五台服务器组成的Zookeeper集群，它们的id从1-5，同时它们都是最新启动的，也就是没有历史数据，在存放数据量这一点上，都是一样的。假设这些服务器依序启动，来看看会发生什么，如下图所示。

（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，所以它只能接收当小弟的命了。（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

3.2 节点类型

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 监听器原理（面试重点）

3.5 写数据流程

第4章 Zookeeper实战（开发重点）

4.1 分布式安装部署

1、集群规划在hadoop102、hadoop103和hadoop104三个节点上部署Zookeeper。 2、解压安装（1）解压Zookeeper安装包到/opt/module/目录下

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf zookeeper-3.4.10.tar.gz -C /opt/module/

（2）同步/opt/module/zookeeper-3.4.10/目录内容到hadoop103、hadoop104

[atguigu@hadoop102 module]$ xsync zookeeper-3.4.10/

3、配置服务器编号（1）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/这个目录下创建zkData

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ mkdir -p zkData

（2）在/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData目录下创建一个myid的文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ touch myid

添加myid文件，注意一定要在linux里面创建，在notepad++里面很可能乱码。（3）编辑myid文件

[atguigu@hadoop102 zkData]$ vim myid

在文件中添加与server对应的编号：

（4）拷贝配置好的zookeeper到其他机器上

[atguigu@hadoop102 zkData]$ xsync myid

并分别在hadoop102、hadoop103上修改myid文件中内容为3、4 4、配置zoo.cfg文件（1）重命名/opt/module/zookeeper-3.4.10/conf这个目录下的zoo_sample.cfg为zoo.cfg

[atguigu@hadoop102 conf]$ mv zoo_sample.cfg zoo.cfg

（2）打开zoo.cfg文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ vim zoo.cfg

修改数据存储路径配置

dataDir=/opt/module/zookeeper-3.4.10/zkData

增加如下配置

#######################cluster##########################
server.2=hadoop102:2888:3888
server.3=hadoop103:2888:3888
server.4=hadoop104:2888:3888

（3）同步zoo.cfg配置文件

[atguigu@hadoop102 conf]$ xsync zoo.cfg

（4）配置参数解读

server.A=B:C:D。

A是一个数字，表示这个是第几号服务器；集群模式下配置一个文件myid，这个文件在dataDir目录下，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。 B是这个服务器的ip地址； C是这个服务器与集群中的Leader服务器交换信息的端口； D是万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

4、集群操作（1）分别启动Zookeeper

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start
[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start
[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkServer.sh start

（2）查看状态

[atguigu@hadoop102 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower
[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: leader
[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.5]# bin/zkServer.sh status
JMX enabled by default
Using config: /opt/module/zookeeper-3.4.10/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower

4.2 客户端命令行操作

1、启动客户端

[atguigu@hadoop103 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

2、显示所有操作命令

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] help

3、查看当前znode中所包含的内容

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zookeeper]

4、查看当前节点详细数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls2 /
[zookeeper]
cZxid = 0x0
ctime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
mZxid = 0x0
mtime = Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
pZxid = 0x0
cversion = -1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 0
numChildren = 1

5、分别创建2个普通节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create /sanguo "zhuge"
Created /sanguo
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create /sanguo/shuguo "liubei"
Created /sanguo/shuguo

6、获得节点的值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /sanguo
zhuge
cZxid = 0x100000003
ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
mZxid = 0x100000003
mtime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
pZxid = 0x100000004
cversion = 1
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 7
numChildren = 1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /sanguo/shuguo
liubei
cZxid = 0x100000004
ctime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018
mZxid = 0x100000004
mtime = Wed Aug 29 00:04:35 CST 2018
pZxid = 0x100000004
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 6
numChildren = 0

7、创建短暂节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -e /sanguo/wuguo "zhouyu"
Created /sanguo/wuguo

（1）在当前客户端是能查看到的

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] ls /sanguo 
[wuguo, shuguo]

（2）退出当前客户端然后再重启客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] quit
[atguigu@hadoop104 zookeeper-3.4.10]$ bin/zkCli.sh

（3）再次查看根目录下短暂节点已经删除

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /sanguo
[shuguo]

8、创建带序号的节点 （1）先创建一个普通的根节点/sanguo/weiguo

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] create /sanguo/weiguo "caocao"
Created /sanguo/weiguo

（2）创建带序号的节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create -s /sanguo/weiguo/xiaoqiao "jinlian"
Created /sanguo/weiguo/xiaoqiao0000000000
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -s /sanguo/weiguo/daqiao "jinlian2"
Created /sanguo/weiguo/daqiao0000000001
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] create -s /sanguo/weiguo/diaocan "jinlian3"
Created /sanguo/weiguo/diaocan0000000002

如果原来没有序号节点，序号从0开始依次递增。如果原节点下已有2个节点，则再排序时从2开始，以此类推。 9、修改节点数据值

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] set /sanguo/weiguo "simayi"

10、节点的值变化监听（1）在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点数据变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] get /sanguo watch

（2）在hadoop103主机上修改/sanguo节点的数据

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] set /sanguo "xisi"

（3）观察hadoop104主机收到数据变化的监听

WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/sanguo

注意：该注册监听一次，那么就只生效一次。下次需要重新注册。 11、节点的子节点变化监听（路径变化）（1）在hadoop104主机上注册监听/sanguo节点的子节点变化

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /sanguo watch
[aa0000000001, server101]

（2）在hadoop103主机/sanguo节点上创建子节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] create /sanguo/jin "simayi"
Created /sanguo/jin

（3）观察hadoop104主机收到子节点变化的监听

WATCHER::
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeChildrenChanged path:/sanguo

注意：该注册监听一次，那么就只生效一次。下次需要重新注册。 12、删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] delete /sanguo/jin

13、递归删除节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] rmr /sanguo/shuguo

14、查看节点状态

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] stat /sanguo
cZxid = 0x100000003
ctime = Wed Aug 29 00:03:23 CST 2018
mZxid = 0x100000011
mtime = Wed Aug 29 00:21:23 CST 2018
pZxid = 0x100000014
cversion = 9
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 4
numChildren = 1

4.3 API应用

4.3.1 Eclipse环境搭建

1、创建一个Maven工程 2、添加pom文件

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>RELEASE</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-core</artifactId>
            <version>2.8.2</version>
        </dependency>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.zookeeper/zookeeper -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
            <version>3.4.10</version>
        </dependency>
    </dependencies>

3、拷贝log4j.properties文件到项目根目录需要在项目的src/main/resources目录下，新建一个文件，命名为“log4j.properties”，在文件中填入。

log4j.rootLogger=INFO, stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logfile.File=target/spring.log
log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

4.3.2 创建ZooKeeper客户端

    /**
     * 创建ZooKeeper客户端
     * @throws IOException
     */
    @Before
    public void init() throws IOException {

        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

            public void process(WatchedEvent event) {
                // 再次启动监听
                try {
                    zkClient.getChildren("/", true);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }

4.3.3 创建子节点

    /**
     * 创建子节点
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void create() throws Exception {

        // 参数1：要创建的节点的路径； 参数2：节点数据 ； 参数3：节点权限 ；参数4：节点的类型
        String nodeCreated = zkClient.create("/atguigu", "jinlian".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
        System.out.println(nodeCreated);
    }

4.3.4 获取子节点并监听节点变化

    /**
     * 获取子节点并监听节点变化
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void getChildren() throws Exception {

        List<String> children = zkClient.getChildren("/", true);

        for (String child : children) {
            System.out.println(child);
        }

        // 延时阻塞
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

4.3.5 判断Znode是否存在

    /**
     * 判断znode是否存在
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void exist() throws Exception {

        Stat stat = zkClient.exists("/eclipse", false);

        System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");
    }

4.4 监听服务器节点动态上下线案例

1、需求某分布式系统中，主节点可以有多台，可以动态上下线，任意一台客户端都能实时感知到主节点服务器的上下线。 2、需求分析，如下图所示

3、具体实现（0）先在集群上创建/servers节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /servers "servers"
Created /servers

（1）服务器端向Zookeeper注册代码

package com.atguigu.zookeeper;

import java.io.IOException;

import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

public class DistributeServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
        // 1、连接zookeeper集群
        DistributeServer server = new DistributeServer();
        server.getConnect();

        // 2、注册服务器节点
        server.registerServer(args[0]);

        // 3、业务逻辑功能
        server.business(args[0]);
    }

    private void business(String hostname) throws InterruptedException {
        System.out.println(hostname + " is working ...");
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

    private String parentNode = "/servers";

    private void registerServer(String hostname) throws KeeperException, InterruptedException {
        String path = zkClient.create(parentNode  + "/server", hostname.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        System.out.println(hostname + " is online " + path);
    }

    private String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";
    private int sessionTimeout = 2000;
    private ZooKeeper zkClient = null;

    private void getConnect() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

            public void process(WatchedEvent event) {

            }
        });
    }
}

（2）客户端代码

package com.atguigu.zookeeper;

import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

public class DistributeClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException {

        // 1、连接zookeeper集群
        DistributeClient client = new DistributeClient();
        client.getConnect();

        // 2、获取子节点并监听节点变化
        client.getChildren();

        // 3、业务逻辑功能
        client.business();
    }

    private void business() throws InterruptedException {
        System.out.println("client is working ...");
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

    private String parentNode = "/servers";

    private void getChildren() throws KeeperException, InterruptedException {
        // 1、获取服务器子节点信息，并且对父节点进行监听
        List<String> children = zkClient.getChildren(parentNode , true);

        // 2、存储服务器信息列表
        ArrayList<String> hosts = new ArrayList<String>();

        // 3、遍历所有节点，获取节点中的主机名称信息
        for (String child : children) {
            byte[] data = zkClient.getData(parentNode + "/" + child, false, null);
            hosts.add(new String(data));
        }

        // 4、打印服务器列表信息
        System.out.println(hosts);
    }

    private String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";
    private int sessionTimeout = 2000;
    private ZooKeeper zkClient = null;

    private void getConnect() throws IOException {
        zkClient = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {

            public void process(WatchedEvent event) {
                // 再次启动监听
                try {
                    getChildren();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
}

第5章企业面试真题

5.1 请简述ZooKeeper的选举机制（半数机制）

详见3.1。

5.2 ZooKeeper的监听原理是什么？

详见3.4。

5.3 ZooKeeper的部署方式有哪几种？集群中的角色有哪些？集群最少需要几台机器？

（1）部署方式单机模式、集群模式。（2）角色：Leader和Follower。（3）集群最少需要机器数：3。

5.4 ZooKeeper的常用命令

ls create get delete set ……

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原始发表：2019-02-23 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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