ZooKeeper是用來協(xié)調（同步）分布式進程的服務，多個分布式進程通過ZooKeeper提供的API來操作共享的ZooKeeper內存數(shù)據(jù)對象ZNode來達成某種一致的行為或結果骄酗，這種模式本質上是基于狀態(tài)共享的并發(fā)模型。ZooKeeper實現(xiàn)這些分布式進程的狀態(tài)（ZNode的Data盒蟆、Children）共享時，基于性能的考慮采用了類似的異步非阻塞的主動通知模式即Watch機制讨惩，使得分布式進程之間的“共享狀態(tài)通信”更加實時高效荐捻。注意处面，這種共享也需要zookeeper使得分布式進程能夠順序執(zhí)行鸳君，保證結果的正確性或颊，Zab協(xié)議使得ZooKeeper的內部修改狀態(tài)操作直接是有序串行的囱挑。在此不討論zab協(xié)議平挑。

Zookeeper Watcher架構

Zookeeper Watcher流程是客戶端向服務端的某個節(jié)點路徑上注冊一個watcher唆涝，客戶端同時會在本地watcherManager中存儲特定的watcher廊酣，當發(fā)生節(jié)點數(shù)據(jù)或者節(jié)點子節(jié)點變化時亡驰，服務端會通知客戶端節(jié)點變化信息，然后客戶端收到通知后透乾，會調用回調函數(shù)续徽。

實現(xiàn)原理
Watcher接口：客戶端用來接收從 ZooKeeper 服務端發(fā)過來的消息并且同步地處理這些消息，如果要處理這個消息亲澡，需要為客戶端注冊一個 CallBack（回調）watcher對象。設計如下：

watcher通知狀態(tài)和事件類型表

WatchedEvent 和 WatcherEvent都表示的是同一個事物梭伐，都是對一個服務端事件的封裝痹雅。不同的是，WatchedEvent 是一個邏輯事件糊识，用于服務端和客戶端程序執(zhí)行過程中所需的邏輯對象，而 WatcherEvent 因為實現(xiàn)了序列化接口朴沿，因此可以用于網(wǎng)絡傳輸。
服務端在線程 WatchedEvent 事件之后览芳，會調用 getWrapper 方法將自己包裝成一個可序列化的 WatcherEvent 事屯仗，以便通過網(wǎng)絡傳輸?shù)娇蛻舳恕？蛻舳嗽诮邮盏椒斩说倪@個事件對象后，首先會將 WatcherEvent 事件還原成一個 WatchedEvent 事件，并傳遞給 process 方法處理，回調方法 process 根據(jù)入?yún)⒕湍軌蚪馕龀鐾暾姆斩耸录恕?/p>

客戶端注冊Watcher
涉及接口：

//創(chuàng)建zk客戶端對象實例時注冊,這個 Watcher 將作為整個 ZooKeeper 會話期間的默認 Watcher山林，
//會一直被保存在客戶端 ZKWatchManager 的 defaultWatcher 里面,
//如果這個被創(chuàng)建的節(jié)點在其它時候被創(chuàng)建watcher并注冊砂蔽，則這個默認的watcher會被覆蓋
//watcher觸發(fā)一次就會失效诡右，不管是創(chuàng)建節(jié)點時的 watcher 還是以后創(chuàng)建的 watcher.因為服務端每次觸發(fā)之后就會刪掉服務端的watcher
ZooKeeper(String connectString, int sessionTimeout, Watcher watcher)

getChildren(String path, Watcher watcher)
//Boolean watch表示是否使用上下文中默認的watcher，即創(chuàng)建zk實例時設置的watcher
getChildren(String path, boolean watch)

getData(String path, boolean watch, Stat stat)
getData(String path, Watcher watcher, AsyncCallback.DataCallback cb, Object ctx)

exists(String path, boolean watch)
exists(String path, Watcher watcher)

客戶端注冊流程

當DataTree中節(jié)點數(shù)據(jù)內容或版本發(fā)生變化或節(jié)點變更時固逗，會調用相應方法去觸發(fā) WatchManager 的 triggerWatch 方法隘弊，該方法返回 ZNODE 的信息，自此進入到回調本地 process 的序列弥奸。

public Set<Watcher> triggerWatch(String path, EventType type, Set<Watcher> supress) {
WatchedEvent e = new WatchedEvent(type,
 KeeperState.SyncConnected, path);
//將事件類型（EventType）缓溅、通知狀態(tài)（WatchedEvent）墅拭、節(jié)點路徑封裝成一個 WatchedEvent 對象
 HashSet<Watcher> watchers;
 synchronized (this) {
//根據(jù)數(shù)據(jù)節(jié)點的節(jié)點路徑從 watchTable 里面取出對應的 Watcher招拙。如果沒有找到 Watcher 對象塌衰，
//說明沒有任何客戶端在該數(shù)據(jù)節(jié)點上注冊過 Watcher服爷，直接退出匾旭。如果找打了 Watcher 就將其提取出來色瘩，
//同時會直接從 watchTable 和 watch2Paths 里刪除 Watcher，即 Watcher 是一次性的逸寓，觸發(fā)一次就失效了居兆。
 watchers = watchTable.remove(path);
for (Watcher w : watchers) {
 HashSet<String> paths = watch2Paths.get(w);
 }
 }
 for (Watcher w : watchers) {
 if (supress != null && supress.contains(w)) {
 continue;
 }
//對于需要注冊 Watcher 的請求，ZooKeeper 會把請求對應的ServerCnxn 作為一個 Watcher 存儲竹伸，
//所以這里調用的 process 方法實質上是 ServerCnxn 的對應方法
 w.process(e);
 }
 return watchers;
}

ServerCnxn 類代碼

synchronized public void process(WatchedEvent event) {
 ReplyHeader h = new ReplyHeader(-1, -1L, 0);
 if (LOG.isTraceEnabled()) {
 ZooTrace.logTraceMessage(LOG, ZooTrace.EVENT_DELIVERY_TRACE_MASK,
 "Deliver event " + event + " to 0x"
 + Long.toHexString(this.sessionId)
 + " through " + this);
 }
 
 // Convert WatchedEvent to a type that can be sent over the wire
 WatcherEvent e = event.getWrapper();
 
 sendResponse(h, e, "notification");
 }

客戶端收到消息后泥栖，會調用 ClientCnxn 的 SendThread.readResponse 方法來進行統(tǒng)一處理，如清單所示勋篓。如果響應頭 replyHdr 中標識的 Xid 為 02吧享，表示是 ping，如果為-4譬嚣，表示是驗證包钢颂，如果是-1，表示這是一個通知類型的響應拜银，然后進行反序列化殊鞭、處理 chrootPath、還原 WatchedEvent盐股、回調 Watcher 等步驟钱豁，其中回調 Watcher 步驟將 WacthedEvent 對象交給 EventThread 線程，在下一個輪詢周期中進行 Watcher 回調疯汁。

Zookeeper Watcher特點
注冊只能確保一次消費

無論是服務端還是客戶端牲尺，一旦一個 Watcher 被觸發(fā)，ZooKeeper 都會將其從相應的存儲中移除。因此谤碳，開發(fā)人員在 Watcher 的使用上要記住的一點是需要反復注冊溃卡。這樣的設計有效地減輕了服務端的壓力。如果注冊一個 Watcher 之后一直有效蜒简，那么針對那些更新非常頻繁的節(jié)點瘸羡，服務端會不斷地向客戶端發(fā)送事件通知，這無論對于網(wǎng)絡還是服務端性能的影響都非常大搓茬。
持久Watcher需要每次收到通知事件后重復注冊犹赖。
客戶端串行執(zhí)行

客戶端 Watcher 回調的過程是一個串行同步的過程，這為我們保證了順序卷仑，同時峻村，需要開發(fā)人員注意的一點是，千萬不要因為一個 Watcher 的處理邏輯影響了整個客戶端的 Watcher 回調锡凝。

輕量級設計

WatchedEvent 是 ZooKeeper 整個 Watcher 通知機制的最小通知單元粘昨，這個數(shù)據(jù)結構中只包含三部分的內容：通知狀態(tài)、事件類型和節(jié)點路徑窜锯。也就是說张肾，Watcher 通知非常簡單，只會告訴客戶端發(fā)生了事件锚扎，而不會說明事件的具體內容吞瞪。例如針對 NodeDataChanged 事件，ZooKeeper 的 Watcher 只會通知客戶指定數(shù)據(jù)節(jié)點的數(shù)據(jù)內容發(fā)生了變更工秩，而對于原始數(shù)據(jù)以及變更后的新數(shù)據(jù)都無法從這個事件中直接獲取到尸饺，而是需要客戶端主動重新去獲取數(shù)據(jù)，這也是 ZooKeeper 的 Watcher 機制的一個非常重要的特性助币。另外浪听，客戶端向服務端注冊 Watcher 的時候，并不會把客戶端真實的 Watcher 對象傳遞到服務端眉菱，僅僅只是在客戶端請求中使用 boolean 類型屬性進行了標記迹栓，同時服務端也僅僅只是保存了當前連接的 ServerCnxn 對象。這樣輕量級的 Watcher 機制設計俭缓，在網(wǎng)絡開銷和服務端內存開銷上都是非常廉價的克伊。

參考資料：
ZooKeeper Watcher機制
Apache ZooKeeper Watcher 機制源碼解釋
品味ZooKeeper之Watcher機制