Zookeeper的学习笔记

Zookeeper概念

Zookeeper是一个树形目录服务，简称zk。

Zookeeper是一个分布式的、开源的分布式应用程序的协调服务

Zookeeper提供主要的功能包括：配置管理，分布式锁，集群管理

Zookeeper命令操作

zk数据模型

zk中的每一个节点都被称为：ZNode，每个节点上都会保存自己的数据和节点信息。节点可以拥有子节点，同时也允许少量（1MB）数据存储在该节点之下

节点可以分为四大类：

• PERSISTENT 持久化节点
• EPHEMERAL 临时节点：-e
• PERSISTENT_SEQUENTIAL持久化顺序节点：-s
• EPHEMERAL_SEQUENTIAL临时顺序节点：-es

zk服务端命令

启动zk服务

./zkServer.sh start

zk查看zk服务状态

./zkServer.sh status

停止zk服务

./zkServer.sh stop

重启zk服务

./zkServer.sh restart

zk客户端命令

zkCli.sh连接ZooKeeper服务命令

./zkCli.sh [-server ip地址:2181] （如果是连接本机zk服务，可以省略[]中的内容）

查看zk中的节点

ls /[节点名称]

创建节点方法

create [节点类型] /父节点 [存储信息] (存储信息可以不写)

临时节点创建 -e(服务器关闭，下次连接就会删除)

顺序节点创建 -s

临时顺序节点创建 -es

查看节点存储信息的方法

get /目录

ls -s 是查询结点状态信息

设置节点数据

set /目录 存储信息

删除节点

delete /目录(只能删除空目录)

deleteall /目录(有子结点也可以删除)

在创建节点时，如果没有指定存储数据，那么默认存储的数据是当前服务器的ip地址

Curator介绍

CUrator是Zookeeper的Java客户端库，常见的Zookeeper Java API有三种：

• 原生Java API
• ZkClient
• Curator

相较于原生Java API，Curator使用较为简单，其次，高版本的Curator可以向下兼容zk，但zk无法向下兼容Curator

Curator API常用操作

连接zk服务

一共有两种连接客户端的方式，一种是通过newClient()，一种是通过Builder链式编程创建客户端对象

@Test
public void test() throws Exception {
    //指定重试策略
    RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 10);
    //第一种连接zk方式
    /*
    参数1：指定需要连接的zk地址与端口，如果是集群模式，使用,分隔开
    参数2：会话超时时间
    参数3：连接超时时间
    参数4：重试策略
     */
    CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("192.168.116.131:2181", 60 * 1000, 15 * 1000, retryPolicy);
    client.start();
    //第二种连接方式，可以指定namespace，其实是指定根目录（此后该客户端对象的curd操作都会在指定的根目录下进行）
    CuratorFramework client2 = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("192.168.116.131:2181")
            .sessionTimeoutMs(60 * 1000)
            .connectionTimeoutMs(15 * 1000)
            .retryPolicy(retryPolicy)
            .namespace("zmt").build();
	client2.start();
}

创建节点

创建节点默认创建节点类型为持久化，返回结果为路径，如果不指定节点存储类型，那么默认存储客户端的ip地址

@Test
public void testCreate() throws Exception {
    //如果不指定参数2，那么该节点的存储数据为客户端的ip地址
    String path = client.create().forPath("/app1","zhangsan".getBytes());
    System.out.println(path);

    //我们可以通过指定withMode来确定需要创建的节点类型，参数为枚举类
    client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/app2");

    //创建多级节点,创建父结点，如果需要
    client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath("/app3/p1");
}

查询节点

我们可以查询节点的存储信息，也可以查询节点的子节点信息，也可以查询节点的状态信息

@Test
public void testGet() throws Exception {
    //获取节点存储信息
    byte[] data = client.getData().forPath("/app1");
    System.out.println(new String(data));

    //获取子节点信息
    List list = client.getChildren().forPath("/app3");
    System.out.println(list);

    //获取节点状态信息
    Stat status = new Stat();
    client.getData().storingStatIn(status).forPath("/app1");
    System.out.println(status);
}

修改节点

因为可能存在多个客户端连接同一个zookeeper，因此可能会出现修改节点数据时，其他节点也在修改的问题，因此为了避免出现同时修改同一个数据的情况发生，我们应该先获取数据的版本，然后修改数据时根据数据的版本是否一致再决定是否进行修改。

@Test
public void testSetForVersion() throws Exception {
    int version;
    Stat stat = new Stat();
    client.getData().storingStatIn(stat).forPath("/app1");
    version = stat.getVersion();
    System.out.println(version);
    client.setData().withVersion(version).forPath("/app1","lisi".getBytes());
}

删除节点

一般我们都要添加guaranteed()方法来避免网络问题产生的删除失败的问题

@Test
public void testDelete() throws Exception {
    //删除单个节点
    client.delete().forPath("/app1");
    //删除多级节点
    client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath("/app3");
    //删除失败进行重试，直到删除成功
    //比如说网络不好，导致删除失败，可以重复进行删除
    client.delete().guaranteed().forPath("/app2");
    //删除回调
    client.delete().guaranteed().inBackground(new BackgroundCallback() {
        //执行回调方法
        @Override
        public void processResult(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception {
            System.out.println("节点被删除");
            System.out.println(event);
        }
    }).forPath("/app4");
}

Watch事件监听

zk运行用户在指定节点上注册一些Watcher，并且在一些特定事件触发的时候，zk服务端会将事件通知到感兴趣的客户端上去，该机制是zk实现分布式协调服务的重要特性。

zk中引入了Watch机制来实现了发布订阅功能，能够让多个订阅者同时监听某一个对象，当一个对象自身状态发生变化时，会通知所有的订阅者

zk提供了3种Watcher：

• NodeCache：只监听一个特定结点
• PathChildrenCache：监控一个Znode的子节点
• TreeCache：前两个结合，监听自己和自己所有子节点

NodeCache的简单使用

@Test
public void testNodeCache() throws Exception {
    NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, "/app1");
    nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() {
        @Override
        public void nodeChanged() throws Exception {
            System.out.println("节点发生变化");
            //获取节点变化后的值
            byte[] data = nodeCache.getCurrentData().getData();
            System.out.println(new String(data));
        }
    });

    nodeCache.start();
    while (true){

    }
}

PathChildrenCache的简单使用

@Test
public void testChildrenCache() throws Exception {
    PathChildrenCache pathChildrenCache = new PathChildrenCache(client, "/", true);
    pathChildrenCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() {
        @Override
        public void childEvent(CuratorFramework curatorFramework, PathChildrenCacheEvent pathChildrenCacheEvent) throws Exception {
            System.out.println("节点发生变化");
            System.out.println(pathChildrenCacheEvent);
            PathChildrenCacheEvent.Type type = pathChildrenCacheEvent.getType();
            if (type.equals(PathChildrenCacheEvent.Type.CHILD_UPDATED)){
                //如果是update事件
                byte[] data = pathChildrenCacheEvent.getData().getData();
                System.out.println(new String(data));
            }
        }
    });

    pathChildrenCache.start();

    while (true) {

    }
}

TreeCache的简单使用

@Test
public void testTreeCache() throws Exception {
    TreeCache treeCache = new TreeCache(client,"/");
    treeCache.getListenable().addListener(new TreeCacheListener() {
        @Override
        public void childEvent(CuratorFramework curatorFramework, TreeCacheEvent treeCacheEvent) throws Exception {
            System.out.println("数据发生变化");
            System.out.println(treeCacheEvent);
        }
    });
    treeCache.start();

    while (true) {
        
    }
}

分布式锁

作用于多个JVM环境，保证多线程安全。

实现分布式锁的原理：当客户端要获取锁时，创建节点，使用完锁，删除该节点

• 客户端获取锁时，在lock节点下创建临时顺序结点
• 然后客户端获取lock下面所有的子节点，如果发现自己创建的子节点序号最小，那么就认为该客户端获取到了锁。使用完后把节点删除
• 如果不是最小的结点，说明此时自己还没有获取到锁，此时客户端需要找到比自己小的哪个结点，同时对其注册事件监听器，监听删除事件。
• 如果比自己小一个的结点被删除，则客户端的Watcher会收到通知，此时再次判断自己的结点是否最小，如果不是，重复以上步骤

采取临时节点是为了避免客户端在获取到锁之后处理业务时宕机，当客户端宕机之后，会话结束，临时节点会自动删除

Curator实现分布式锁API

一共有五种方案：

• 分布式排他锁
• 分布式可重入排他锁
• 分布式读写锁
• 将多个锁作为单个实体管理的容器
• 共享信号量

一个简单的售票案例

public class Ticket12306 implements Runnable {
    //模拟十张票
    private int num = 10;
    //分布式可重入式锁
    private InterProcessMutex lock;

    public Ticket12306() {
        RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 2);
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("192.168.116.131:2181")
                .connectionTimeoutMs(60*1000)
                .sessionTimeoutMs(15*1000)
                .retryPolicy(retryPolicy)
                .build();
        client.start();
        lock = new InterProcessMutex(client, "/lock");
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.acquire(3, TimeUnit.SECONDS);
                if (num > 0) {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "出售了一张票：" + num);
                    num--;
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("我出错了？？");
                e.printStackTrace();
            } finally {
                try {
                    lock.release();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

测试 

public class TestTicket {
    @Test
    public void testTicket() throws Exception {
        Ticket12306 ticket = new Ticket12306();
        Thread t1 = new Thread(ticket, "携程");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "飞猪");
        t1.start();
        t2.start();
        while(true){

        }
    }
}

实现分布式锁的核心代码如下

new 一个锁类型对象lock

lock.acquire()//获取锁

需要上锁的功能

lock.release();//释放锁