答应我,不会这些概念,简历不要写 “熟悉” zookeeper

2019/04/10 10:10
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唠唠叨叨

本文主要分享一下zookeeper的一些基本概念,在正式进入正题前,和大家聊一聊刚入行时我的面试经验,可以说是耿直的有些可爱。

面试官:用过zookeeper 吗?

:用过啊,给dubbo提供服务的注册与发现嘛

面试官:知道 zookeeper 是什么吗?

:知道啊,注册中心嘛

面试官:那你们项目中都是怎么用 zookeeper 的?

:就在 springbootapplication.properties 配置文件里添加一个 zookeeper 服务地址就行了。。。 在这里插入图片描述 . 上边的对话好像也没什么毛病,但似乎又感觉哪里有点不太对,结果就是每次我如此回答面试都被pass。

为什么会被问zookeeper?因为我的简历项目上写着熟练使用zookeeper,可面试官理解的 “熟练” 使用可不是会配置,工程启动不报错那么简单。所以还是有必要全面了解一下zookeeper的相关知识。


一、zookeeper初识?

Zookeeper 它作为Hadoop项目中的一个开源子项目,是一个经典的分布式数据一致性解决方案,致力于为分布式应用提供一个高性能、高可用,且具有严格顺序访问控制能力的分布式协调服务。

1、zookeeper数据模型

zookeeper 维护了一个类似文件系统的数据结构,每个子目录(/微信、/微信/公众号)都被称作为 znode 即节点。和文件系统一样,我们可以很轻松的对 znode 节点进行增加、删除等操作,而且还可以在一个znode下增加、删除子znode,区别在于文件系统的是,znode可以存储数据(严格说是必须存放数据,默认是个空字符)。

由于zookeeper是目录节点结构,在获取和创建节点时,必须要以“/” 开头,否则在获取节点时会报错 Path must start with / character

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] get test
Command failed: java.lang.IllegalArgumentException: Path must start with / character

根节点名必须为“/XXX”,创建子节点时必须要带上根节点目录“/XXX/CCC”“/XXX/AAA”

例如:想要获取下图 程序员内点事 节点必须拼接完整的路径 get /微信/公众号/程序员内点事

get /微信/公众号/程序员内点事

在这里插入图片描述

znode被用来存储 byte级kb级 的数据,可存储的最大数据量是1MB请注意:一个节点的数据量不仅包含它自身存储数据,它的所有子节点的名字也要折算成Byte数计入,因此znode的子节点数也不是无限的)虽然可以手动的修改节点存储量大小,但一般情况下并不推荐这样做。


2、znode节点属性

一个znode节点不仅可以存储数据,还有一些其他特别的属性。接下来我们创建一个/test节点分析一下它各个属性的含义。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] get /test
456
cZxid = 0x59ac //
ctime = Mon Mar 30 15:20:08 CST 2020
mZxid = 0x59ad
mtime = Mon Mar 30 15:22:25 CST 2020
pZxid = 0x59ac
cversion = 0
dataVersion = 2
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 3
numChildren = 0  
节点属性 注解
cZxid 该数据节点被创建时的事务Id
mZxid 该数据节点被修改时最新的事物Id
pZxid 当前节点的父级节点事务Id
ctime 该数据节点创建时间
mtime 该数据节点最后修改时间
dataVersion 当前节点版本号(每修改一次值+1递增)
cversion 子节点版本号(子节点修改次数,每修改一次值+1递增)
aclVersion 当前节点acl版本号(节点被修改acl权限,每修改一次值+1递增)
ephemeralOwner 临时节点标示,当前节点如果是临时节点,则存储的创建者的会话id(sessionId),如果不是,那么值=0
dataLength 当前节点所存储的数据长度
numChildren 当前节点下子节点的个数

我们看到一个znode节点的属性比较多,但比较主要的属性还是zxidversionacl 这三个。


Zxid:

znode节点状态改变会导致该节点收到一个zxid格式的时间戳,这个时间戳是全局有序的,znode节点的建立或者更新都会产生一个新的。如果zxid1的值 < zxid2的值,那么说明zxid2发生的改变在zxid1之后。每个znode节点都有3个zxid属性,cZxid(节点创建时间)、mZxid(该节点修改时间,与子节点无关)、pZxid(该节点或者该节点的子节点的最后一次创建或者修改时间,孙子节点无关)。

zxid属性主要应用于zookeeper的集群,这个后边介绍集群时详细说。

Version:

znode属性中一共有三个版本号dataversion(数据版本号)、cversion(子节点版本号)、aclversion(节点所拥有的ACL权限版本号)。

znode中的数据可以有多个版本,如果某一个节点下存有多个数据版本,那么查询这个节点数据就需要带上版本号。每当我们对znode节点数据修改后,该节点的dataversion版本号会递增。当客户端请求该znode节点时,会同时返回节点数据和版本号。另外当dataversion-1的时候可以忽略版本进行操作。对一个节点设置权限时aclVersion版本号会递增,下边会详细说ACL权限控制。

验证一下,我们修改/test节点的数据看看dataVersion 有什么变化,发现dataVersion 属性变成了 3,版本号递增了。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] set /test 8888
cZxid = 0x59ac
ctime = Mon Mar 30 15:20:08 CST 2020
mZxid = 0x59b6
mtime = Mon Mar 30 16:58:08 CST 2020
pZxid = 0x59ac
cversion = 0
dataVersion = 3
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 4
numChildren = 0


3、znode的类型

zookeeper 有四种类型的znode,在用客户端 client 创建节点的时候需要指定类型。

zookeeper.create("/公众号/程序员内点事", "".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
  • PERSISTENT-持久化目录节点 :client创建节点后,与zookeeper断开连接该节点将被持久化,当client再次连接后节点依旧存在。

  • PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化顺序节点 :client创建节点后,与zookeeper断开连接该节点将被持久化,再次连接节点还存在,zookeeper会给该节点名称进行顺序编号,例如:/lock/0000000001、/lock/0000000002、/lock/0000000003。

  • EPHEMERAL-临时目录节点 : client与zookeeper断开连接后,该节点即会被删除

  • EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序节点 : client与zookeeper断开连接后,该节点被删除,会给该节点名称进行顺序编号,例如:/lock/0000000001、/lock/0000000002、/lock/0000000003。

二、节点的ACL权限控制

ACL:即 Access Control List (节点的权限控制),通过ACL机制来解决znode节点的访问权限问题,要注意的是zookeeper对权限的控制是基于znode级别的,也就说节点之间的权限不具有继承性,即子节点不继承父节点的权限。

zookeeper中设置ACL权限的格式由<schema>:<id>:<acl>三段组成。

schema :表示授权的方式

  • world:表示任何人都可以访问
  • auth:只有认证的用户可以访问
  • digest:使用username :password用户密码生成MD5哈希值作为认证ID
  • host/ip:使用客户端主机IP地址来进行认证

id: 权限的作用域,用来标识身份,依赖于schema选择哪种方式。

acl:给一个节点赋予哪些权限,节点的权限有create,、delete、write、read、admin 统称 cdwra

1、world:表示任何人都可以访问

我们用 getAcl 命令来看一下,没有设置过权限的znode节点,默认情况下的权限情况。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] getAcl /test
'world,'anyone
: cdrwa

看到没有设置ACL属性的节点,默认schema 使用的是world,作用域是anyone,节点权限是cdwra,也就是说任何人都可以访问。

那我们如果要给一个schema 为非world的节点设置world权限咋搞?

setAcl /test world:anyone:crdwa
2、auth:只有认证的用户可以访问

schema 用auth授权表示只有认证后的用户才可以访问,那么首先就需要添加认证用户,添加完以后需要对认证的用户设置ACL权限。

addauth digest test:password(明文)

需要注意的是设置认证用户时的密码是明文的。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] addauth digest user:user //用户名:密码
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] setAcl /test auth:user:crdwa
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] getAcl /test
'digest,'user:ben+k/3JomjGj4mfd4fYsfM6p0A=
: cdrwa

实际上我们这样设置以后,就是将这个节点开放给所有认证的用户,setAcl /test auth:user:crdwa 相当于setAcl /test auth::crdwa

3、digest:用户名:密码的验证方式

用户名:密码方式授权是针对单个特定用户,这种方式是不需要先添加认证用户的。

如果在代码中使用zookeeper客户端设置ACL,那么密码是明文的,但若是zk.cli等客户端操作就需要将密码进行sha1base64处理。

setAcl <path> digest:<user>:<password(密文)>:<acl>

setAcl /test digest:user:jalRr+knv/6L2uXdenC93dEDNuE=:crdwa

那么密码如何加密嘞?有以下几种方式:

通过shell命令加密

echo -n <user>:<password> | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64

使用zookeeper自带的类库org.apache.zookeeper.server.auth.DigestAuthenticationProvider生成

java -cp /zookeeper-3.4.13/zookeeper-3.4.13.jar:/zookeeper-3.4.13/lib/slf4j-api-1.7.25.jar \
  org.apache.zookeeper.server.auth.DigestAuthenticationProvider \
  root:root
root:root->root:qiTlqPLK7XM2ht3HMn02qRpkKIE=
4、host/ip:使用客户端主机IP地址来进行认证

这种方式就比较好理解了,通过对特定的IP地址,也可以是一个IP段进行授权。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] setAcl /test0000000014 ip:127.0.0.1:crdwa
cZxid = 0x59ac
ctime = Mon Mar 30 15:20:08 CST 2020
mZxid = 0x59b6
mtime = Mon Mar 30 16:58:08 CST 2020
pZxid = 0x59ac
cversion = 0
dataVersion = 3
aclVersion = 3 // 这个版本一直在增加
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 4
numChildren = 0

三、zookeeper的灵魂 watcher

我们在开头就说过:zookeeper可以为dubbo提供服务的注册与发现,作为注册中心,但你有想过zookeeper为啥能够实现服务的注册与发现吗?这就不得不说一下zookeeper的灵魂 Watcher(监听者)。

1、watcher是个啥?

watcherzooKeeper中一个非常核心功能 ,客户端watcher 可以监控节点的数据变化以及它子节点的变化,一旦这些状态发生变化,zooKeeper服务端就会通知所有在这个节点上设置过watcher的客户端 ,从而每个客户端都很快感知,它所监听的节点状态发生变化,而做出对应的逻辑处理。

简单的介绍了一下watcher ,那么我们来分析一下,zookeeper是如何实现服务的注册与发现。 zookeeper的服务注册与发现,主要应用的是zookeeperznode节点数据模型和watcher机制,大致的流程如下:

在这里插入图片描述

  • 服务注册: 服务提供者(Provider)启动时,会向zookeeper服务端注册服务信息,也就是创建一个节点,例如:用户注册服务com.xxx.user.register,并在节点上存储服务的相关数据(如服务提供者的ip地址、端口等)。

  • 服务发现: 服务消费者(Consumer)启动时,根据自身配置的依赖服务信息,向zookeeper服务端获取注册的服务信息并设置watch监听,获取到注册的服务信息之后,将服务提供者的信息缓存在本地,并进行服务的调用。

  • 服务通知: 一旦服务提供者因某种原因宕机不再提供服务之后,客户端与zookeeper服务端断开连接,zookeeper服务端上服务提供者对应服务节点会被删除(例如:用户注册服务com.xxx.user.register),随后zookeeper服务端会异步向所有消费用户注册服务com.xxx.user.register,且设置了watch监听的服务消费者发出节点被删除的通知,消费者根据收到的通知拉取最新服务列表,更新本地缓存的服务列表。

上边的过程就是zookeeper可以实现服务注册与发现的大致原理。

2、watcher类型

znode节点可以设置两类watch,一种是DataWatches,基于znode节点的数据变更从而触发 watch 事件,触发条件getData()exists()setData()create()

另一种是Child Watches,基于znode的孩子节点发生变更触发的watch事件,触发条件 getChildren()create()

而在调用 delete() 方法删除znode时,则会同时触发Data WatchesChild Watches,如果被删除的节点还有父节点,则父节点会触发一个Child Watches

3、watcher特性

watch对节点的监听事件是一次性的!客户端在指定的节点设置了监听watch,一旦该节点数据发生变更通知一次客户端后,客户端对该节点的监听事件就失效了。

如果还要继续监听这个节点,就需要我们在客户端的监听回调中,再次对节点的监听watch事件设置为True。否则客户端只能接收到一次该节点的变更通知。

四、zookeeper能实现哪些功能

服务的注册与发现功能只是zookeeper的冰山一角,它还能实现诸如分布式锁、队列、配置中心等一系列功能,接下来我们只分析一下原理,具体的实现大家上网查一下资料还是比较全的。

1、分布式锁

zookeeper基于watcher机制和znode的有序节点,天生就是一个分布式锁的坯子。首先创建一个/test/lock父节点作为一把锁,尽量是持久节点(PERSISTENT类型),每个尝试获取这把锁的客户端,在/test/lock父节点下创建临时顺序子节点。

由于序号的递增性,我们规定序号最小的节点即获得锁。例如:客户端来获取锁,在/test/lock节点下创建节点为/test/lock/seq-00000001,它是最小的所以它优先拿到了锁,其它节点等待通知再次获取锁。/test/lock/seq-00000001执行完自己的逻辑后删除节点释放锁。

那么节点/test/lock/seq-00000002想要获取锁等谁的通知呢?

这里我们让/test/lock/seq-00000002节点监听/test/lock/seq-00000001节点,一旦/test/lock/seq-00000001节点删除,则通知/test/lock/seq-00000002节点,让它再次判断自己是不是最小的节点,是则拿到锁,不是继续等通知。

以此类推/test/lock/seq-00000003节点监听/test/lock/seq-00000002节点,总是让后一个节点监听前一个节点,不用让所有节点都监听最小的节点,避免设置不必要的监听,以免造成大量无效的通知,形成“羊群效应”。

zookeeper分布式锁和redis分布式锁相比,因为大量的创建、删除节点性能上比较差,并不是很推荐。 在这里插入图片描述

2、分布式队列

zookeeper实现分布式队列也很简单,应用znode的有序节点天然的“先进先出”,后创建的节点总是最大的,出队总是拿序号最小的节点即可。

3、配置管理

现在有很多开源项目都在使用Zookeeper来维护配置,像消息队列Kafka中,就使用Zookeeper来维护broker的信息;dubbo中管理服务的配置信息。原理也是基于watcher机制,例如:创建一个/config节点存放一些配置,客户端监听这个节点,一点修改/config节点的配置信息,通知各个客户端数据变更重新拉取配置信息。

4、命名服务

zookeeper的命名服务:也就是我们常说的服务注册与发现,主要是根据指定名字来获取资源或服务的地址,服务提供者等信息,利用其znode节点的特点和watcher机制,将其作为动态注册和获取服务信息的配置中心,统一管理服务名称和其对应的服务器列表信息,我们能够近乎实时地感知到后端服务器的状态(上线、下线、宕机)。


总结

本文旨在给大家介绍一下zookeeper的基础知识,像面试中被问频率较高的zookeeper集群选主等概念,并没有放在这期来写,因为集群的内容也是比较多的,我怕篇幅太长大家没有耐心看完(其实就是有点犯懒了,哈哈哈!)感兴趣的小伙伴可以关注一波,zookeeper集群我们下期见喽。


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原文出处:https://www.cnblogs.com/chengxy-nds/p/12607366.html

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