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ZooKeeper能做什么?

分布式 admin 2个月前 (08-23) 41次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
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什么是ZooKeeper?官网介绍到:ZooKeeper is a centralized service for maintaining configuration information, naming, providing distributed synchronization, and providing group services. 这大概描述了Zookeeper主要可以干哪些事情:配置管理,名字服务,提供分布式同步以及集群管理。

1. 配置管理

配置管理又被称为发布-订阅

在我们的应用中除了代码外,还有一些就是各种配置。比如数据库连接等。一般我们都是使用配置文件的方式,在代码中引入这些配置文件。但是当我们只有一种配置,只有一台服务器,并且不经常修改的时候,使用配置文件是一个很好的做法,但是如果我们配置非常多,有很多服务器都需要这个配置,而且还可能是动态的话使用配置文件就不是个好主意了。这个时候往往需要寻找一种集中管理配置的方法,我们在这个集中的地方修改了配置,所有对这个配置感兴趣的都可以获得变更。比如我们可以把配置放在数据库里,然后所有需要配置的服务都去这个数据库读取配置。但是,因为很多服务的正常运行都非常依赖这个配置,所以需要这个集中提供配置服务的服务具备很高的可靠性。一般我们可以用一个集群来提供这个配置服务,但是用集群提升可靠性,那如何保证配置在集群中的一致性呢? 这个时候就需要使用一种实现了一致性协议的服务了。Zookeeper就是这种服务,它使用Zab这种一致性协议来提供一致性。现在有很多开源项目使用Zookeeper来维护配置,比如在HBase中,客户端就是连接一个Zookeeper,获得必要的HBase集群的配置信息,然后才可以进一步操作。还有在开源的消息队列Kafka中,也使用Zookeeper来维护broker的信息。

应用中用到的一些配置信息放到ZK上进行集中管理。这类场景通常是这样:应用在启动的时候会主动来获取一次配置,同时,在节点上注册一个Watcher,这样一来,以后每次配置有更新的时候,都会实时通知到订阅的客户端,从来达到获取最新配置信息的目的。

2. 命名服务

命名服务也是分布式系统中比较常见的一类场景。在分布式系统中,通过使用命名服务,客户端应用能够根据指定名字来获取资源或服务的地址,提供者等信息。被命名的实体通常可以是集群中的机器,提供的服务地址,远程对象等等——这些我们都可以统称他们为名字(Name)。其中较为常见的就是一些分布式服务框架中的服务地址列表。通过调用ZK提供的创建节点的API,能够很容易创建一个全局唯一的path,这个path就可以作为一个名称。

阿里巴巴集团开源的分布式服务框架Dubbo中使用ZooKeeper来作为其命名服务,维护全局的服务地址列表,点击这里查看Dubbo开源项目。在Dubbo实现中: 服务提供者在启动的时候,向ZK上的指定节点/dubbo/${serviceName}/providers目录下写入自己的URL地址,这个操作就完成了服务的发布。 服务消费者启动的时候,订阅/dubbo/${serviceName}/providers目录下的提供者URL地址, 并向/dubbo/${serviceName} /consumers目录下写入自己的URL地址。 注意,所有向ZK上注册的地址都是临时节点,这样就能够保证服务提供者和消费者能够自动感应资源的变化。
另外,Dubbo还有针对服务粒度的监控,方法是订阅/dubbo/${serviceName}目录下所有提供者和消费者的信息。

3. 分布式锁

分布式锁,这个主要得益于ZooKeeper为我们保证了数据的强一致性。锁服务可以分为两类,一个是保持独占(排他锁),另一个是控制时序(共享锁/读锁)。

所谓保持独占(排他锁),就是所有试图来获取这个锁的客户端,最终只有一个可以成功获得这把锁。通常的做法是把zk上的一个znode看作是一把锁,通过create znode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock节点,最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。

控制时序(共享锁/读锁)是指所有试图来获取这个锁的客户端,最终都是会被安排执行,只是有个全局时序了。做法和上面基本类似,只是这里/distribute_lock已经预先存在,客户端在它下面创建临时有序节点(这个可以通过节点的属性控制:CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL来指定)。Zk的父节点(/distribute_lock)维持一份sequence,保证子节点创建的时序性,从而也形成了每个客户端的全局时序。

4. 集群管理

在分布式的集群中,经常会由于各种原因,比如硬件故障,软件故障,网络问题,有些节点会进进出出。有新的节点加入进来,也有老的节点退出集群。这个时候,集群中其他机器需要感知到这种变化,然后根据这种变化做出对应的决策。

4.1 Master选举

Master选举则是ZooKeeper中最为经典的应用场景了。比如 HDFS 中 Active NameNode 的选举。在分布式环境中,相同的业务应用分布在不同的机器上,有些业务逻辑(例如一些耗时的计算,网络I/O处理),往往只需要让整个集群中的某一台机器进行执行,其余机器可以共享这个结果,这样可以大大减少重复劳动,提高性能,于是这个master选举便是这种场景下的碰到的主要问题。

利用ZooKeeper的强一致性,能够保证在分布式高并发情况下节点创建的全局唯一性,即:同时有多个客户端请求创建 /currentMaster节点,最终一定只有一个客户端请求能够创建成功。利用这个特性,就能很轻易的在分布式环境中进行集群Master选举了。成功创建该节点的客户端所在的机器就成为了Master。同时,其他没有成功创建该节点的客户端,都会在该节点上注册一个子节点变更的 Watcher,用于监控当前 Master 机器是否存活,一旦发现当前的Master挂了,那么其他客户端将会重新进行 Master 选举。这样就实现了 Master 的动态选举。

4.2 集群机器监控

这通常用于那种对集群中机器状态,机器在线率有较高要求的场景,能够快速对集群中机器变化作出响应。这样的场景中,往往有一个监控系统,实时检测集群机器是否存活。过去的做法通常是:监控系统通过某种手段(比如ping)定时检测每个机器,或者每个机器自己定时向监控系统汇报“我还活着”。这种做法可行,但是存在两个比较明显的问题:

  • 将会产生一定的时延(受心跳长短限制);
  • 当集群中的节点发生变更时,其余的节点都需要对维护的集群文件(状态表)进行修改,修改内容多。

利用ZooKeeper有两个特性,就可以实时另一种集群机器存活性监控系统:

  • 客户端在节点 x 上注册一个Watcher,那么如果x的子节点变化了,会通知该客户端。
  • 创建EPHEMERAL类型的节点,一旦客户端和服务器的会话结束或过期,那么该节点就会消失。

例如,监控系统在/clusterServers节点上注册一个Watcher,以后每动态加机器,那么就往/clusterServers下创建一个 EPHEMERAL类型的节点:/clusterServers/{hostname}. 这样,监控系统就能够实时知道机器的增减情况,至于后续处理就是监控系统的业务了。

参考链接

【分布式解决方案】ZooKeeper经典应用场景

Zookeeper-Zookeeper可以干什么

ZooKeeper典型应用场景一览


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