from： http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/

Zookeeper 分布式服務(wù)框架是 Apache Hadoop 的一個(gè)子項(xiàng)目，它主要是用來(lái)解決分布式應(yīng)用中經(jīng)常遇到的一些數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，如：統(tǒng)一命名服務(wù)、狀態(tài)同步服務(wù)、集群管理、分布式應(yīng)用配置項(xiàng)的管理等。本文將從使用者角度詳細(xì)介紹 Zookeeper 的安裝和配置文件中各個(gè)配置項(xiàng)的意義，以及分析 Zookeeper 的典型的應(yīng)用場(chǎng)景（配置文件的管理、集群管理、同步鎖、Leader 選舉、隊(duì)列管理等），用 Java 實(shí)現(xiàn)它們并給出示例代碼。

安裝和配置詳解

本文介紹的 Zookeeper 是以 3.2.2 這個(gè)穩(wěn)定版本為基礎(chǔ)，最新的版本可以通過(guò)官網(wǎng) http://hadoop.apache.org/zookeeper/ 來(lái)獲取，Zookeeper 的安裝非常簡(jiǎn)單，下面將從單機(jī)模式和集群模式兩個(gè)方面介紹 Zookeeper 的安裝和配置。

單機(jī)模式

單機(jī)安裝非常簡(jiǎn)單，只要獲取到 Zookeeper 的壓縮包并解壓到某個(gè)目錄如：/home/zookeeper-3.2.2 下，Zookeeper 的啟動(dòng)腳本在 bin 目錄下，Linux 下的啟動(dòng)腳本是 zkServer.sh，在 3.2.2 這個(gè)版本 Zookeeper 沒(méi)有提供 windows 下的啟動(dòng)腳本，所以要想在 windows 下啟動(dòng) Zookeeper 要自己手工寫(xiě)一個(gè)，如清單 1 所示：

清單 1. Windows 下 Zookeeper 啟動(dòng)腳本

       setlocal 

 set ZOOCFGDIR=%~dp0%..\conf 

 set ZOO_LOG_DIR=%~dp0%.. 

 set ZOO_LOG4J_PROP=INFO,CONSOLE 

 set CLASSPATH=%ZOOCFGDIR% 



 set CLASSPATH=%~dp0..\*;%~dp0..\lib\*;%CLASSPATH% 

 set CLASSPATH=%~dp0..\build\classes;%~dp0..\build\lib\*;%CLASSPATH% 

 set ZOOCFG=%ZOOCFGDIR%\zoo.cfg 

 set ZOOMAIN=org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServerMain 

 java "-Dzookeeper.log.dir=%ZOO_LOG_DIR%" "-Dzookeeper.root.logger=%ZOO_LOG4J_PROP%" 

 -cp "%CLASSPATH%" %ZOOMAIN% "%ZOOCFG%" %* 

 endlocal
    

在你執(zhí)行啟動(dòng)腳本之前，還有幾個(gè)基本的配置項(xiàng)需要配置一下，Zookeeper 的配置文件在 conf 目錄下，這個(gè)目錄下有 zoo_sample.cfg 和 log4j.properties，你需要做的就是將 zoo_sample.cfg 改名為 zoo.cfg，因?yàn)?Zookeeper 在啟動(dòng)時(shí)會(huì)找這個(gè)文件作為默認(rèn)配置文件。下面詳細(xì)介紹一下，這個(gè)配置文件中各個(gè)配置項(xiàng)的意義。

       tickTime=2000 

 dataDir=D:/devtools/zookeeper-3.2.2/build 

 clientPort=2181
    

• tickTime：這個(gè)時(shí)間是作為 Zookeeper 服務(wù)器之間或客戶(hù)端與服務(wù)器之間維持心跳的時(shí)間間隔，也就是每個(gè) tickTime 時(shí)間就會(huì)發(fā)送一個(gè)心跳。
• dataDir：顧名思義就是 Zookeeper 保存數(shù)據(jù)的目錄，默認(rèn)情況下，Zookeeper 將寫(xiě)數(shù)據(jù)的日志文件也保存在這個(gè)目錄里。
• clientPort：這個(gè)端口就是客戶(hù)端連接 Zookeeper 服務(wù)器的端口，Zookeeper 會(huì)監(jiān)聽(tīng)這個(gè)端口，接受客戶(hù)端的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求。

當(dāng)這些配置項(xiàng)配置好后，你現(xiàn)在就可以啟動(dòng) Zookeeper 了，啟動(dòng)后要檢查 Zookeeper 是否已經(jīng)在服務(wù)，可以通過(guò) netstat – ano 命令查看是否有你配置的 clientPort 端口號(hào)在監(jiān)聽(tīng)服務(wù)。

集群模式

Zookeeper 不僅可以單機(jī)提供服務(wù)，同時(shí)也支持多機(jī)組成集群來(lái)提供服務(wù)。實(shí)際上 Zookeeper 還支持另外一種偽集群的方式，也就是可以在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè) Zookeeper 實(shí)例，下面將介紹集群模式的安裝和配置。

Zookeeper 的集群模式的安裝和配置也不是很復(fù)雜，所要做的就是增加幾個(gè)配置項(xiàng)。集群模式除了上面的三個(gè)配置項(xiàng)還要增加下面幾個(gè)配置項(xiàng)：

       initLimit=5 

 syncLimit=2 

 server.1=192.168.211.1:2888:3888 

 server.2=192.168.211.2:2888:3888
    

• initLimit：這個(gè)配置項(xiàng)是用來(lái)配置 Zookeeper 接受客戶(hù)端（這里所說(shuō)的客戶(hù)端不是用戶(hù)連接 Zookeeper 服務(wù)器的客戶(hù)端，而是 Zookeeper 服務(wù)器集群中連接到 Leader 的 Follower 服務(wù)器）初始化連接時(shí)最長(zhǎng)能忍受多少個(gè)心跳時(shí)間間隔數(shù)。當(dāng)已經(jīng)超過(guò) 10 個(gè)心跳的時(shí)間（也就是 tickTime）長(zhǎng)度后 Zookeeper 服務(wù)器還沒(méi)有收到客戶(hù)端的返回信息，那么表明這個(gè)客戶(hù)端連接失敗。總的時(shí)間長(zhǎng)度就是 5*2000=10 秒
• syncLimit：這個(gè)配置項(xiàng)標(biāo)識(shí) Leader 與 Follower 之間發(fā)送消息，請(qǐng)求和應(yīng)答時(shí)間長(zhǎng)度，最長(zhǎng)不能超過(guò)多少個(gè) tickTime 的時(shí)間長(zhǎng)度，總的時(shí)間長(zhǎng)度就是 2*2000=4 秒
• server.A=B：C：D：其中 A 是一個(gè)數(shù)字，表示這個(gè)是第幾號(hào)服務(wù)器；B 是這個(gè)服務(wù)器的 ip 地址；C 表示的是這個(gè)服務(wù)器與集群中的 Leader 服務(wù)器交換信息的端口；D 表示的是萬(wàn)一集群中的 Leader 服務(wù)器掛了，需要一個(gè)端口來(lái)重新進(jìn)行選舉，選出一個(gè)新的 Leader，而這個(gè)端口就是用來(lái)執(zhí)行選舉時(shí)服務(wù)器相互通信的端口。如果是偽集群的配置方式，由于 B 都是一樣，所以不同的 Zookeeper 實(shí)例通信端口號(hào)不能一樣，所以要給它們分配不同的端口號(hào)。

除了修改 zoo.cfg 配置文件，集群模式下還要配置一個(gè)文件 myid，這個(gè)文件在 dataDir 目錄下，這個(gè)文件里面就有一個(gè)數(shù)據(jù)就是 A 的值，Zookeeper 啟動(dòng)時(shí)會(huì)讀取這個(gè)文件，拿到里面的數(shù)據(jù)與 zoo.cfg 里面的配置信息比較從而判斷到底是那個(gè) server。

數(shù)據(jù)模型

Zookeeper 會(huì)維護(hù)一個(gè)具有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它非常類(lèi)似于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，如圖 1 所示：

圖 1 Zookeeper 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Zookeeper 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有如下這些特點(diǎn)：

1. 每個(gè)子目錄項(xiàng)如 NameService 都被稱(chēng)作為 znode，這個(gè) znode 是被它所在的路徑唯一標(biāo)識(shí)，如 Server1 這個(gè) znode 的標(biāo)識(shí)為 /NameService/Server1
2. znode 可以有子節(jié)點(diǎn)目錄，并且每個(gè) znode 可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，注意 EPHEMERAL 類(lèi)型的目錄節(jié)點(diǎn)不能有子節(jié)點(diǎn)目錄
3. znode 是有版本的，每個(gè) znode 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以有多個(gè)版本，也就是一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)路徑中可以存儲(chǔ)多份數(shù)據(jù)
4. znode 可以是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，一旦創(chuàng)建這個(gè) znode 的客戶(hù)端與服務(wù)器失去聯(lián)系，這個(gè) znode 也將自動(dòng)刪除，Zookeeper 的客戶(hù)端和服務(wù)器通信采用長(zhǎng)連接方式，每個(gè)客戶(hù)端和服務(wù)器通過(guò)心跳來(lái)保持連接，這個(gè)連接狀態(tài)稱(chēng)為 session，如果 znode 是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，這個(gè) session 失效，znode 也就刪除了
5. znode 的目錄名可以自動(dòng)編號(hào)，如 App1 已經(jīng)存在，再創(chuàng)建的話(huà)，將會(huì)自動(dòng)命名為 App2
6. znode 可以被監(jiān)控，包括這個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的修改，子節(jié)點(diǎn)目錄的變化等，一旦變化可以通知設(shè)置監(jiān)控的客戶(hù)端，這個(gè)是 Zookeeper 的核心特性，Zookeeper 的很多功能都是基于這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)的，后面在典型的應(yīng)用場(chǎng)景中會(huì)有實(shí)例介紹

回頁(yè)首

如何使用

Zookeeper 作為一個(gè)分布式的服務(wù)框架，主要用來(lái)解決分布式集群中應(yīng)用系統(tǒng)的一致性問(wèn)題，它能提供基于類(lèi)似于文件系統(tǒng)的目錄節(jié)點(diǎn)樹(shù)方式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但是 Zookeeper 并不是用來(lái)專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，它的作用主要是用來(lái)維護(hù)和監(jiān)控你存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的狀態(tài)變化。通過(guò)監(jiān)控這些數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化，從而可以達(dá)到基于數(shù)據(jù)的集群管理，后面將會(huì)詳細(xì)介紹 Zookeeper 能夠解決的一些典型問(wèn)題，這里先介紹一下，Zookeeper 的操作接口和簡(jiǎn)單使用示例。

常用接口列表

客戶(hù)端要連接 Zookeeper 服務(wù)器可以通過(guò)創(chuàng)建 org.apache.zookeeper. ZooKeeper 的一個(gè)實(shí)例對(duì)象，然后調(diào)用這個(gè)類(lèi)提供的接口來(lái)和服務(wù)器交互。

前面說(shuō)了 ZooKeeper 主要是用來(lái)維護(hù)和監(jiān)控一個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)樹(shù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的狀態(tài)，所有我們能夠操作 ZooKeeper 的也和操作目錄節(jié)點(diǎn)樹(shù)大體一樣，如創(chuàng)建一個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)，給某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)設(shè)置數(shù)據(jù)，獲取某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)的所有子目錄節(jié)點(diǎn)，給某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)設(shè)置權(quán)限和監(jiān)控這個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化。

這些接口如下表所示：

表 1 org.apache.zookeeper. ZooKeeper 方法列表

除了以上這些上表中列出的方法之外還有一些重載方法，如都提供了一個(gè)回調(diào)類(lèi)的重載方法以及可以設(shè)置特定 Watcher 的重載方法，具體的方法可以參考 org.apache.zookeeper. ZooKeeper 類(lèi)的 API 說(shuō)明。

基本操作

下面給出基本的操作 ZooKeeper 的示例代碼，這樣你就能對(duì) ZooKeeper 有直觀的認(rèn)識(shí)了。下面的清單包括了創(chuàng)建與 ZooKeeper 服務(wù)器的連接以及最基本的數(shù)據(jù)操作：

清單 2. ZooKeeper 基本的操作示例

       // 創(chuàng)建一個(gè)與服務(wù)器的連接

 ZooKeeper zk = new ZooKeeper("localhost:" + CLIENT_PORT, 

        ClientBase.CONNECTION_TIMEOUT, new Watcher() { 

            // 監(jiān)控所有被觸發(fā)的事件

            public void process(WatchedEvent event) { 

                System.out.println("已經(jīng)觸發(fā)了" + event.getType() + "事件！"); 

            } 

        }); 

 // 創(chuàng)建一個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)

 zk.create("/testRootPath", "testRootData".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,

   CreateMode.PERSISTENT); 

 // 創(chuàng)建一個(gè)子目錄節(jié)點(diǎn)

 zk.create("/testRootPath/testChildPathOne", "testChildDataOne".getBytes(),

   Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT); 

 System.out.println(new String(zk.getData("/testRootPath",false,null))); 

 // 取出子目錄節(jié)點(diǎn)列表

 System.out.println(zk.getChildren("/testRootPath",true)); 

 // 修改子目錄節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

 zk.setData("/testRootPath/testChildPathOne","modifyChildDataOne".getBytes(),-1); 

 System.out.println("目錄節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：["+zk.exists("/testRootPath",true)+"]"); 

 // 創(chuàng)建另外一個(gè)子目錄節(jié)點(diǎn)

 zk.create("/testRootPath/testChildPathTwo", "testChildDataTwo".getBytes(), 

   Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT); 

 System.out.println(new String(zk.getData("/testRootPath/testChildPathTwo",true,null))); 

 // 刪除子目錄節(jié)點(diǎn)

 zk.delete("/testRootPath/testChildPathTwo",-1); 

 zk.delete("/testRootPath/testChildPathOne",-1); 

 // 刪除父目錄節(jié)點(diǎn)

 zk.delete("/testRootPath",-1); 

 // 關(guān)閉連接

 zk.close();
    

輸出的結(jié)果如下：

      已經(jīng)觸發(fā)了 None 事件！

 testRootData 

 [testChildPathOne] 

目錄節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：[5,5,1281804532336,1281804532336,0,1,0,0,12,1,6] 

已經(jīng)觸發(fā)了 NodeChildrenChanged 事件！

 testChildDataTwo 

已經(jīng)觸發(fā)了 NodeDeleted 事件！

已經(jīng)觸發(fā)了 NodeDeleted 事件！
    

當(dāng)對(duì)目錄節(jié)點(diǎn)監(jiān)控狀態(tài)打開(kāi)時(shí)，一旦目錄節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化，Watcher 對(duì)象的 process 方法就會(huì)被調(diào)用。

回頁(yè)首

ZooKeeper 典型的應(yīng)用場(chǎng)景

Zookeeper 從設(shè)計(jì)模式角度來(lái)看，是一個(gè)基于觀察者模式設(shè)計(jì)的分布式服務(wù)管理框架，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理大家都關(guān)心的數(shù)據(jù)，然后接受觀察者的注冊(cè)，一旦這些數(shù)據(jù)的狀態(tài)發(fā)生變化，Zookeeper 就將負(fù)責(zé)通知已經(jīng)在 Zookeeper 上注冊(cè)的那些觀察者做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)集群中類(lèi)似 Master/Slave 管理模式，關(guān)于 Zookeeper 的詳細(xì)架構(gòu)等內(nèi)部細(xì)節(jié)可以閱讀 Zookeeper 的源碼

下面詳細(xì)介紹這些典型的應(yīng)用場(chǎng)景，也就是 Zookeeper 到底能幫我們解決那些問(wèn)題？下面將給出答案。

統(tǒng)一命名服務(wù)（Name Service）

分布式應(yīng)用中，通常需要有一套完整的命名規(guī)則，既能夠產(chǎn)生唯一的名稱(chēng)又便于人識(shí)別和記住，通常情況下用樹(shù)形的名稱(chēng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)理想的選擇，樹(shù)形的名稱(chēng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)有層次的目錄結(jié)構(gòu)，既對(duì)人友好又不會(huì)重復(fù)。說(shuō)到這里你可能想到了 JNDI，沒(méi)錯(cuò) Zookeeper 的 Name Service 與 JNDI 能夠完成的功能是差不多的，它們都是將有層次的目錄結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)到一定資源上，但是 Zookeeper 的 Name Service 更加是廣泛意義上的關(guān)聯(lián)，也許你并不需要將名稱(chēng)關(guān)聯(lián)到特定資源上，你可能只需要一個(gè)不會(huì)重復(fù)名稱(chēng)，就像數(shù)據(jù)庫(kù)中產(chǎn)生一個(gè)唯一的數(shù)字主鍵一樣。

Name Service 已經(jīng)是 Zookeeper 內(nèi)置的功能，你只要調(diào)用 Zookeeper 的 API 就能實(shí)現(xiàn)。如調(diào)用 create 接口就可以很容易創(chuàng)建一個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)。

配置管理（Configuration Management）

配置的管理在分布式應(yīng)用環(huán)境中很常見(jiàn)，例如同一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要多臺(tái) PC Server 運(yùn)行，但是它們運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)的某些配置項(xiàng)是相同的，如果要修改這些相同的配置項(xiàng)，那么就必須同時(shí)修改每臺(tái)運(yùn)行這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的 PC Server，這樣非常麻煩而且容易出錯(cuò)。

像這樣的配置信息完全可以交給 Zookeeper 來(lái)管理，將配置信息保存在 Zookeeper 的某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)中，然后將所有需要修改的應(yīng)用機(jī)器監(jiān)控配置信息的狀態(tài)，一旦配置信息發(fā)生變化，每臺(tái)應(yīng)用機(jī)器就會(huì)收到 Zookeeper 的通知，然后從 Zookeeper 獲取新的配置信息應(yīng)用到系統(tǒng)中。

圖 2. 配置管理結(jié)構(gòu)圖

集群管理（Group Membership）

Zookeeper 能夠很容易的實(shí)現(xiàn)集群管理的功能，如有多臺(tái) Server 組成一個(gè)服務(wù)集群，那么必須要一個(gè)“總管”知道當(dāng)前集群中每臺(tái)機(jī)器的服務(wù)狀態(tài)，一旦有機(jī)器不能提供服務(wù)，集群中其它集群必須知道，從而做出調(diào)整重新分配服務(wù)策略。同樣當(dāng)增加集群的服務(wù)能力時(shí)，就會(huì)增加一臺(tái)或多臺(tái) Server，同樣也必須讓“總管”知道。

Zookeeper 不僅能夠幫你維護(hù)當(dāng)前的集群中機(jī)器的服務(wù)狀態(tài)，而且能夠幫你選出一個(gè)“總管”，讓這個(gè)總管來(lái)管理集群，這就是 Zookeeper 的另一個(gè)功能 Leader Election。

它們的實(shí)現(xiàn)方式都是在 Zookeeper 上創(chuàng)建一個(gè) EPHEMERAL 類(lèi)型的目錄節(jié)點(diǎn)，然后每個(gè) Server 在它們創(chuàng)建目錄節(jié)點(diǎn)的父目錄節(jié)點(diǎn)上調(diào)用 getChildren ( String ?path, boolean?watch) 方法并設(shè)置 watch 為 true，由于是 EPHEMERAL 目錄節(jié)點(diǎn)，當(dāng)創(chuàng)建它的 Server 死去，這個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)也隨之被刪除，所以 Children 將會(huì)變化，這時(shí)? getChildren 上的 Watch 將會(huì)被調(diào)用，所以其它 Server 就知道已經(jīng)有某臺(tái) Server 死去了。新增 Server 也是同樣的原理。

Zookeeper 如何實(shí)現(xiàn) Leader Election，也就是選出一個(gè) Master Server。和前面的一樣每臺(tái) Server 創(chuàng)建一個(gè) EPHEMERAL 目錄節(jié)點(diǎn)，不同的是它還是一個(gè) SEQUENTIAL 目錄節(jié)點(diǎn)，所以它是個(gè) EPHEMERAL_SEQUENTIAL 目錄節(jié)點(diǎn)。之所以它是 EPHEMERAL_SEQUENTIAL 目錄節(jié)點(diǎn)，是因?yàn)槲覀兛梢越o每臺(tái) Server 編號(hào)，我們可以選擇當(dāng)前是最小編號(hào)的 Server 為 Master，假如這個(gè)最小編號(hào)的 Server 死去，由于是 EPHEMERAL 節(jié)點(diǎn)，死去的 Server 對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)也被刪除，所以當(dāng)前的節(jié)點(diǎn)列表中又出現(xiàn)一個(gè)最小編號(hào)的節(jié)點(diǎn)，我們就選擇這個(gè)節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前 Master。這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)選擇 Master，避免了傳統(tǒng)意義上單 Master 容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)題。

圖 3. 集群管理結(jié)構(gòu)圖

這部分的示例代碼如下，完整的代碼請(qǐng)看附件：

清單 3. Leader Election 關(guān)鍵代碼

       void findLeader() throws InterruptedException { 

        byte[] leader = null; 

        try { 

            leader = zk.getData(root + "/leader", true, null); 

        } catch (Exception e) { 

            logger.error(e); 

        } 

        if (leader != null) { 

            following(); 

        } else { 

            String newLeader = null; 

            try { 

                byte[] localhost = InetAddress.getLocalHost().getAddress(); 

                newLeader = zk.create(root + "/leader", localhost, 

                ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL); 

            } catch (Exception e) { 

                logger.error(e); 

            } 

            if (newLeader != null) { 

                leading(); 

            } else { 

                mutex.wait(); 

            } 

        } 

    }
    

共享鎖（Locks）

共享鎖在同一個(gè)進(jìn)程中很容易實(shí)現(xiàn)，但是在跨進(jìn)程或者在不同 Server 之間就不好實(shí)現(xiàn)了。Zookeeper 卻很容易實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)方式也是需要獲得鎖的 Server 創(chuàng)建一個(gè) EPHEMERAL_SEQUENTIAL 目錄節(jié)點(diǎn)，然后調(diào)用? getChildren 方法獲取當(dāng)前的目錄節(jié)點(diǎn)列表中最小的目錄節(jié)點(diǎn)是不是就是自己創(chuàng)建的目錄節(jié)點(diǎn)，如果正是自己創(chuàng)建的，那么它就獲得了這個(gè)鎖，如果不是那么它就調(diào)用? exists ( String ?path, boolean?watch) 方法并監(jiān)控 Zookeeper 上目錄節(jié)點(diǎn)列表的變化，一直到自己創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)是列表中最小編號(hào)的目錄節(jié)點(diǎn)，從而獲得鎖，釋放鎖很簡(jiǎn)單，只要?jiǎng)h除前面它自己所創(chuàng)建的目錄節(jié)點(diǎn)就行了。

圖 4. Zookeeper 實(shí)現(xiàn) Locks 的流程圖

同步鎖的實(shí)現(xiàn)代碼如下，完整的代碼請(qǐng)看附件：

清單 4. 同步鎖的關(guān)鍵代碼

       void getLock() throws KeeperException, InterruptedException{ 

        List<String> list = zk.getChildren(root, false); 

        String[] nodes = list.toArray(new String[list.size()]); 

        Arrays.sort(nodes); 

        if(myZnode.equals(root+"/"+nodes[0])){ 

            doAction(); 

        } 

        else{ 

            waitForLock(nodes[0]); 

        } 

    } 

    void waitForLock(String lower) throws InterruptedException, KeeperException {

        Stat stat = zk.exists(root + "/" + lower,true); 

        if(stat != null){ 

            mutex.wait(); 

        } 

        else{ 

            getLock(); 

        } 

    }
    

隊(duì)列管理

Zookeeper 可以處理兩種類(lèi)型的隊(duì)列：

1. 當(dāng)一個(gè)隊(duì)列的成員都聚齊時(shí)，這個(gè)隊(duì)列才可用，否則一直等待所有成員到達(dá)，這種是同步隊(duì)列。
2. 隊(duì)列按照 FIFO 方式進(jìn)行入隊(duì)和出隊(duì)操作，例如實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型。

同步隊(duì)列用 Zookeeper 實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)思路如下：

創(chuàng)建一個(gè)父目錄 /synchronizing，每個(gè)成員都監(jiān)控標(biāo)志（Set Watch）位目錄 /synchronizing/start 是否存在，然后每個(gè)成員都加入這個(gè)隊(duì)列，加入隊(duì)列的方式就是創(chuàng)建 /synchronizing/member_i 的臨時(shí)目錄節(jié)點(diǎn)，然后每個(gè)成員獲取 / synchronizing 目錄的所有目錄節(jié)點(diǎn)，也就是 member_i。判斷 i 的值是否已經(jīng)是成員的個(gè)數(shù)，如果小于成員個(gè)數(shù)等待 /synchronizing/start 的出現(xiàn)，如果已經(jīng)相等就創(chuàng)建 /synchronizing/start。

用下面的流程圖更容易理解：

圖 5. 同步隊(duì)列流程圖

同步隊(duì)列的關(guān)鍵代碼如下，完整的代碼請(qǐng)看附件：

清單 5. 同步隊(duì)列

       void addQueue() throws KeeperException, InterruptedException{ 

        zk.exists(root + "/start",true); 

        zk.create(root + "/" + name, new byte[0], Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 

        CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL); 

        synchronized (mutex) { 

            List<String> list = zk.getChildren(root, false); 

            if (list.size() < size) { 

                mutex.wait(); 

            } else { 

                zk.create(root + "/start", new byte[0], Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,

                 CreateMode.PERSISTENT); 

            } 

        } 

 }
    

當(dāng)隊(duì)列沒(méi)滿(mǎn)是進(jìn)入 wait()，然后會(huì)一直等待 Watch 的通知，Watch 的代碼如下：

       public void process(WatchedEvent event) { 

        if(event.getPath().equals(root + "/start") &&

         event.getType() == Event.EventType.NodeCreated){ 

            System.out.println("得到通知"); 

            super.process(event); 

            doAction(); 

        } 

    }
    

FIFO 隊(duì)列用 Zookeeper 實(shí)現(xiàn)思路如下：

實(shí)現(xiàn)的思路也非常簡(jiǎn)單，就是在特定的目錄下創(chuàng)建 SEQUENTIAL 類(lèi)型的子目錄 /queue_i，這樣就能保證所有成員加入隊(duì)列時(shí)都是有編號(hào)的，出隊(duì)列時(shí)通過(guò) getChildren( ) 方法可以返回當(dāng)前所有的隊(duì)列中的元素，然后消費(fèi)其中最小的一個(gè)，這樣就能保證 FIFO。

下面是生產(chǎn)者和消費(fèi)者這種隊(duì)列形式的示例代碼，完整的代碼請(qǐng)看附件：

清單 6. 生產(chǎn)者代碼

       boolean produce(int i) throws KeeperException, InterruptedException{ 

        ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(4); 

        byte[] value; 

        b.putInt(i); 

        value = b.array(); 

        zk.create(root + "/element", value, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 

                    CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL); 

        return true; 

    }
    

清單 7. 消費(fèi)者代碼

       int consume() throws KeeperException, InterruptedException{ 

        int retvalue = -1; 

        Stat stat = null; 

        while (true) { 

            synchronized (mutex) { 

                List<String> list = zk.getChildren(root, true); 

                if (list.size() == 0) { 

                    mutex.wait(); 

                } else { 

                    Integer min = new Integer(list.get(0).substring(7)); 

                    for(String s : list){ 

                        Integer tempValue = new Integer(s.substring(7)); 

                        if(tempValue < min) min = tempValue; 

                    } 

                    byte[] b = zk.getData(root + "/element" + min,false, stat); 

                    zk.delete(root + "/element" + min, 0); 

                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(b); 

                    retvalue = buffer.getInt(); 

                    return retvalue; 

                } 

            } 

        } 

 }
    

回頁(yè)首

總結(jié)

Zookeeper 作為 Hadoop 項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目，是 Hadoop 集群管理的一個(gè)必不可少的模塊，它主要用來(lái)控制集群中的數(shù)據(jù)，如它管理 Hadoop 集群中的 NameNode，還有 Hbase 中 Master Election、Server 之間狀態(tài)同步等。

本文介紹的 Zookeeper 的基本知識(shí)，以及介紹了幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。這些都是 Zookeeper 的基本功能，最重要的是 Zoopkeeper 提供了一套很好的分布式集群管理的機(jī)制，就是它這種基于層次型的目錄樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效管理，從而可以設(shè)計(jì)出多種多樣的分布式的數(shù)據(jù)管理模型，而不僅僅局限于上面提到的幾個(gè)常用應(yīng)用場(chǎng)景。

分布式服務(wù)框架 Zookeeper -- 管理分布式環(huán)境中的數(shù)據(jù)