ZooKeeper是一個高可用的分布式數(shù)據(jù)管理與系統(tǒng)協(xié)調(diào)框架贞盯。基于對Paxos算法的實現(xiàn)希痴，使該框架保證了分布式環(huán)境中數(shù)據(jù)的強一致性，也正是基于這樣的特性春感，使得ZooKeeper解決很多分布式問題砌创。網(wǎng)上對ZK的應(yīng)用場景也有不少介紹，本文將結(jié)合作者身邊的項目例子鲫懒，系統(tǒng)地對ZK的應(yīng)用場景進行一個分門歸類的介紹嫩实。
值得注意的是，ZK并非天生就是為這些應(yīng)用場景設(shè)計的窥岩，都是后來眾多開發(fā)者根據(jù)其框架的特性甲献，利用其提供的一系列API接口（或者稱為原語集），摸索出來的典型使用方法谦秧。因此竟纳，也非常歡迎讀者分享你在ZK使用上的奇技淫巧撵溃。
數(shù)據(jù)發(fā)布與訂閱（配置中心）
發(fā)布與訂閱模型，即所謂的配置中心锥累，顧名思義就是發(fā)布者將數(shù)據(jù)發(fā)布到ZK節(jié)點上缘挑，供訂閱者動態(tài)獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配置信息的集中式管理和動態(tài)更新桶略。例如全局的配置信息语淘，服務(wù)式服務(wù)框架的服務(wù)地址列表等就非常適合使用。
- 應(yīng)用中用到的一些配置信息放到ZK上進行集中管理际歼。這類場景通常是這樣：應(yīng)用在啟動的時候會主動來獲取一次配置惶翻，同時，在節(jié)點上注冊一個Watcher鹅心，這樣一來吕粗，以后每次配置有更新的時候，都會實時通知到訂閱的客戶端旭愧，從來達到獲取最新配置信息的目的颅筋。
- 分布式搜索服務(wù)中，索引的元信息和服務(wù)器集群機器的節(jié)點狀態(tài)存放在ZK的一些指定節(jié)點输枯，供各個客戶端訂閱使用议泵。
- 分布式日志收集系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的核心工作是收集分布在不同機器的日志桃熄。收集器通常是按照應(yīng)用來分配收集任務(wù)單元先口，因此需要在ZK上創(chuàng)建一個以應(yīng)用名作為path的節(jié)點P，并將這個應(yīng)用的所有機器ip瞳收，以子節(jié)點的形式注冊到節(jié)點P上碉京，這樣一來就能夠?qū)崿F(xiàn)機器變動的時候，能夠?qū)崟r通知到收集器調(diào)整任務(wù)分配螟深。
- 系統(tǒng)中有些信息需要動態(tài)獲取收夸，并且還會存在人工手動去修改這個信息的發(fā)問。通常是暴露出接口血崭，例如JMX接口，來獲取一些運行時的信息厘灼。引入ZK之后夹纫，就不用自己實現(xiàn)一套方案了，只要將這些信息存放到指定的ZK節(jié)點上即可设凹。
注意：在上面提到的應(yīng)用場景中舰讹，有個默認前提是：數(shù)據(jù)量很小，但是數(shù)據(jù)更新可能會比較快的場景闪朱。
負載均衡
這里說的負載均衡是指軟負載均衡月匣。在分布式環(huán)境中钻洒，為了保證高可用性，通常同一個應(yīng)用或同一個服務(wù)的提供方都會部署多份锄开，達到對等服務(wù)素标。而消費者就須要在這些對等的服務(wù)器中選擇一個來執(zhí)行相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，其中比較典型的是消息中間件中的生產(chǎn)者萍悴，消費者負載均衡头遭。
消息中間件中發(fā)布者和訂閱者的負載均衡，linkedin開源的KafkaMQ和阿里開源的metaq都是通過zookeeper來做到生產(chǎn)者癣诱、消費者的負載均衡计维。這里以metaq為例如講下：
生產(chǎn)者負載均衡
metaq發(fā)送消息的時候，生產(chǎn)者在發(fā)送消息的時候必須選擇一臺broker上的一個分區(qū)來發(fā)送消息撕予，因此metaq在運行過程中鲫惶，會把所有broker和對應(yīng)的分區(qū)信息全部注冊到ZK指定節(jié)點上，默認的策略是一個依次輪詢的過程实抡，生產(chǎn)者在通過ZK獲取分區(qū)列表之后欠母，會按照brokerId和partition的順序排列組織成一個有序的分區(qū)列表，發(fā)送的時候按照從頭到尾循環(huán)往復(fù)的方式選擇一個分區(qū)來發(fā)送消息澜术。
消費負載均衡
在消費過程中艺蝴，一個消費者會消費一個或多個分區(qū)中的消息，但是一個分區(qū)只會由一個消費者來消費鸟废。MetaQ的消費策略是：
- 每個分區(qū)針對同一個group只掛載一個消費者猜敢。
- 如果同一個group的消費者數(shù)目大于分區(qū)數(shù)目，則多出來的消費者將不參與消費盒延。
- 如果同一個group的消費者數(shù)目小于分區(qū)數(shù)目缩擂，則有部分消費者需要額外承擔(dān)消費任務(wù)。
在某個消費者故障或者重啟等情況下添寺，其他消費者會感知到這一變化（通過 zookeeper watch消費者列表）胯盯，然后重新進行負載均衡，保證所有的分區(qū)都有消費者進行消費计露。
命名服務(wù)(Naming Service)
命名服務(wù)也是分布式系統(tǒng)中比較常見的一類場景博脑。在分布式系統(tǒng)中，通過使用命名服務(wù)票罐，客戶端應(yīng)用能夠根據(jù)指定名字來獲取資源或服務(wù)的地址叉趣，提供者等信息。被命名的實體通掣醚海可以是集群中的機器疗杉，提供的服務(wù)地址，遠程對象等等——這些我們都可以統(tǒng)稱他們?yōu)槊郑∟ame）蚕礼。其中較為常見的就是一些分布式服務(wù)框架中的服務(wù)地址列表烟具。通過調(diào)用ZK提供的創(chuàng)建節(jié)點的API梢什，能夠很容易創(chuàng)建一個全局唯一的path，這個path就可以作為一個名稱朝聋。
阿里巴巴集團開源的分布式服務(wù)框架Dubbo中使用ZooKeeper來作為其命名服務(wù)嗡午，維護全局的服務(wù)地址列表，點擊這里查看Dubbo開源項目玖翅。在Dubbo實現(xiàn)中：
服務(wù)提供者在啟動的時候翼馆，向ZK上的指定節(jié)點/dubbo/${serviceName}/providers目錄下寫入自己的URL地址，這個操作就完成了服務(wù)的發(fā)布金度。
服務(wù)消費者啟動的時候应媚，訂閱/dubbo/${serviceName}/providers目錄下的提供者URL地址， 并向/dubbo/${serviceName} /consumers目錄下寫入自己的URL地址猜极。
注意中姜，所有向ZK上注冊的地址都是臨時節(jié)點，這樣就能夠保證服務(wù)提供者和消費者能夠自動感應(yīng)資源的變化跟伏。
另外丢胚，Dubbo還有針對服務(wù)粒度的監(jiān)控，方法是訂閱/dubbo/${serviceName}目錄下所有提供者和消費者的信息受扳。
分布式通知/協(xié)調(diào)
ZooKeeper中特有watcher注冊與異步通知機制携龟，能夠很好的實現(xiàn)分布式環(huán)境下不同系統(tǒng)之間的通知與協(xié)調(diào)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)變更的實時處理勘高。使用方法通常是不同系統(tǒng)都對ZK上同一個znode進行注冊峡蟋，監(jiān)聽znode的變化（包括znode本身內(nèi)容及子節(jié)點的），其中一個系統(tǒng)update了znode华望，那么另一個系統(tǒng)能夠收到通知蕊蝗，并作出相應(yīng)處理
另一種心跳檢測機制：檢測系統(tǒng)和被檢測系統(tǒng)之間并不直接關(guān)聯(lián)起來，而是通過zk上某個節(jié)點關(guān)聯(lián)赖舟，大大減少系統(tǒng)耦合蓬戚。
另一種系統(tǒng)調(diào)度模式：某系統(tǒng)有控制臺和推送系統(tǒng)兩部分組成，控制臺的職責(zé)是控制推送系統(tǒng)進行相應(yīng)的推送工作宾抓。管理人員在控制臺作的一些操作子漩，實際上是修改了ZK上某些節(jié)點的狀態(tài)，而ZK就把這些變化通知給他們注冊Watcher的客戶端石洗，即推送系統(tǒng)痛单，于是，作出相應(yīng)的推送任務(wù)劲腿。
另一種工作匯報模式：一些類似于任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)，子任務(wù)啟動后鸟妙，到zk來注冊一個臨時節(jié)點焦人，并且定時將自己的進度進行匯報（將進度寫回這個臨時節(jié)點）挥吵，這樣任務(wù)管理者就能夠?qū)崟r知道任務(wù)進度。
總之花椭，使用zookeeper來進行分布式通知和協(xié)調(diào)能夠大大降低系統(tǒng)之間的耦合
集群管理與Master選舉
集群機器監(jiān)控：這通常用于那種對集群中機器狀態(tài)忽匈，機器在線率有較高要求的場景，能夠快速對集群中機器變化作出響應(yīng)矿辽。這樣的場景中丹允，往往有一個監(jiān)控系統(tǒng)，實時檢測集群機器是否存活袋倔。過去的做法通常是：監(jiān)控系統(tǒng)通過某種手段（比如ping）定時檢測每個機器雕蔽，或者每個機器自己定時向監(jiān)控系統(tǒng)匯報“我還活著”。 這種做法可行宾娜，但是存在兩個比較明顯的問題：
- 集群中機器有變動的時候批狐，牽連修改的東西比較多。
- 有一定的延時前塔。
利用ZooKeeper有兩個特性孤钦，就可以實現(xiàn)另一種集群機器存活性監(jiān)控系統(tǒng)：
- 客戶端在節(jié)點 x 上注冊一個Watcher诡必，那么如果 x?的子節(jié)點變化了，會通知該客戶端。
- 創(chuàng)建EPHEMERAL類型的節(jié)點捐康，一旦客戶端和服務(wù)器的會話結(jié)束或過期，那么該節(jié)點就會消失词顾。
例如蠕趁，監(jiān)控系統(tǒng)在 /clusterServers 節(jié)點上注冊一個Watcher，以后每動態(tài)加機器凑保，那么就往 /clusterServers 下創(chuàng)建一個 EPHEMERAL類型的節(jié)點：/clusterServers/{hostname}. 這樣冈爹，監(jiān)控系統(tǒng)就能夠?qū)崟r知道機器的增減情況，至于后續(xù)處理就是監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)了欧引。 - Master選舉則是zookeeper中最為經(jīng)典的應(yīng)用場景了频伤。
在分布式環(huán)境中，相同的業(yè)務(wù)應(yīng)用分布在不同的機器上芝此，有些業(yè)務(wù)邏輯（例如一些耗時的計算憋肖，網(wǎng)絡(luò)I/O處理），往往只需要讓整個集群中的某一臺機器進行執(zhí)行婚苹，其余機器可以共享這個結(jié)果岸更，這樣可以大大減少重復(fù)勞動，提高性能膊升，于是這個master選舉便是這種場景下的碰到的主要問題怎炊。
利用ZooKeeper的強一致性，能夠保證在分布式高并發(fā)情況下節(jié)點創(chuàng)建的全局唯一性，即：同時有多個客戶端請求創(chuàng)建 /currentMaster 節(jié)點评肆，最終一定只有一個客戶端請求能夠創(chuàng)建成功债查。利用這個特性，就能很輕易的在分布式環(huán)境中進行集群選取了瓜挽。
另外盹廷，這種場景演化一下，就是動態(tài)Master選舉久橙。這就要用到EPHEMERAL_SEQUENTIAL類型節(jié)點的特性了俄占。
上文中提到，所有客戶端創(chuàng)建請求淆衷，最終只有一個能夠創(chuàng)建成功缸榄。在這里稍微變化下，就是允許所有請求都能夠創(chuàng)建成功吭敢，但是得有個創(chuàng)建順序碰凶，于是所有的請求最終在ZK上創(chuàng)建結(jié)果的一種可能情況是這樣： /currentMaster/{sessionId}-1 ,/currentMaster/{sessionId}-2,/currentMaster/{sessionId}-3 ….. 每次選取序列號最小的那個機器作為Master，如果這個機器掛了鹿驼，由于他創(chuàng)建的節(jié)點會馬上小時欲低，那么之后最小的那個機器就是Master了。 - 在搜索系統(tǒng)中畜晰，如果集群中每個機器都生成一份全量索引砾莱，不僅耗時，而且不能保證彼此之間索引數(shù)據(jù)一致凄鼻。因此讓集群中的Master來進行全量索引的生成腊瑟，然后同步到集群中其它機器。另外块蚌，Master選舉的容災(zāi)措施是闰非，可以隨時進行手動指定master，就是說應(yīng)用在zk在無法獲取master信息時峭范，可以通過比如http方式财松，向一個地方獲取master。
- 在Hbase中纱控，也是使用ZooKeeper來實現(xiàn)動態(tài)HMaster的選舉辆毡。在Hbase實現(xiàn)中，會在ZK上存儲一些ROOT表的地址和HMaster的地址甜害，HRegionServer也會把自己以臨時節(jié)點（Ephemeral）的方式注冊到Zookeeper中舶掖，使得HMaster可以隨時感知到各個HRegionServer的存活狀態(tài)，同時尔店，一旦HMaster出現(xiàn)問題眨攘，會重新選舉出一個HMaster來運行主慰，從而避免了HMaster的單點問題
分布式鎖
分布式鎖，這個主要得益于ZooKeeper為我們保證了數(shù)據(jù)的強一致性期犬。鎖服務(wù)可以分為兩類河哑，一個是保持獨占，另一個是控制時序龟虎。
所謂保持獨占，就是所有試圖來獲取這個鎖的客戶端沙庐，最終只有一個可以成功獲得這把鎖鲤妥。通常的做法是把zk上的一個znode看作是一把鎖，通過create znode的方式來實現(xiàn)拱雏。所有客戶端都去創(chuàng)建 /distribute_lock 節(jié)點棉安，最終成功創(chuàng)建的那個客戶端也即擁有了這把鎖。
控制時序铸抑，就是所有視圖來獲取這個鎖的客戶端贡耽，最終都是會被安排執(zhí)行，只是有個全局時序了鹊汛。做法和上面基本類似蒲赂，只是這里 /distribute_lock 已經(jīng)預(yù)先存在，客戶端在它下面創(chuàng)建臨時有序節(jié)點（這個可以通過節(jié)點的屬性控制：CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL來指定）刁憋。Zk的父節(jié)點（/distribute_lock）維持一份sequence,保證子節(jié)點創(chuàng)建的時序性滥嘴，從而也形成了每個客戶端的全局時序。
分布式隊列
隊列方面至耻，簡單地講有兩種若皱，一種是常規(guī)的先進先出隊列，另一種是要等到隊列成員聚齊之后的才統(tǒng)一按序執(zhí)行尘颓。
對于第一種先進先出隊列走触，和分布式鎖服務(wù)中的控制時序場景基本原理一致，這里不再贅述疤苹。 第二種隊列其實是在FIFO隊列的基礎(chǔ)上作了一個增強互广。通常可以在 /queue 這個znode下預(yù)先建立一個/queue/num 節(jié)點痰催，并且賦值為n（或者直接給/queue賦值n）兜辞，表示隊列大小，之后每次有隊列成員加入后夸溶，就判斷下是否已經(jīng)到達隊列大小逸吵，決定是否可以開始執(zhí)行了。這種用法的典型場景是缝裁，分布式環(huán)境中扫皱，一個大任務(wù)Task A足绅，需要在很多子任務(wù)完成（或條件就緒）情況下才能進行。這個時候韩脑，凡是其中一個子任務(wù)完成（就緒）氢妈，那么就去 /taskList 下建立自己的臨時時序節(jié)點（CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL），當 /taskList 發(fā)現(xiàn)自己下面的子節(jié)點滿足指定個數(shù)段多，就可以進行下一步按序進行處理了首量。
