大数据开发笔记(五):Zookeeper(二)

本文涉及的产品
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
EMR Serverless StarRocks,5000CU*H 48000GB*H
云原生大数据计算服务 MaxCompute,5000CU*H 100GB 3个月
简介: ZooKeeper 是一个开源的分布式协调服务。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件,分布式应用程序可以基于 Zookeeper 实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master 选举、分布式锁和分布式队列等功能。ZooKeeper 的目标就是封装好复杂易出错的关键服务,将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

21. 集群最少要几台机器,集群规则是怎样的?


集群中有 3 台服务器,其中一个节点宕机,这个时候 Zookeeper 还可以使用吗?

集群规则为 2N+1 台,N>0,即 3 台。可以继续使用,单数服务器只要没超过一半的服务器宕机就可以继续使用。


22. 集群支持动态添加机器吗?


其实就是水平扩容了,Zookeeper 在这方面不太好。两种方式:


全部重启:关闭所有 Zookeeper 服务,修改配置之后启动。不影响之前客户端的会话。


逐个重启:在过半存活即可用的原则下,一台机器重启不影响整个集群对外提供服务。这是比较常用的方式。


3.5 版本开始支持动态扩容。


23. Zookeeper 对节点的 watch 监听通知是永久的吗?为什么不是永久的?


不是。官方声明:一个 Watch 事件是一个一次性的触发器,当被设置了 Watch的数据发生了改变的时候,则服务器将这个改变发送给设置了 Watch 的客户端,以便通知它们。


为什么不是永久的,举个例子,如果服务端变动频繁,而监听的客户端很多情况下,每次变动都要通知到所有的客户端,给网络和服务器造成很大压力。


一般是客户端执行 getData(“/节点 A”,true),如果节点 A 发生了变更或删除,客户端会得到它的 watch 事件,但是在之后节点 A 又发生了变更,而客户端又没有设置 watch 事件,就不再给客户端发送。


在实际应用中,很多情况下,我们的客户端不需要知道服务端的每一次变动,我只要最新的数据即可。


24. Zookeeper 的 java 客户端都有哪些?


java 客户端:zk 自带的 zkclient 及 Apache 开源的 Curator。


25. chubby 是什么,和 zookeeper 比你怎么看?


chubby 是 google 的,完全实现 paxos 算法,不开源。zookeeper 是 chubby的开源实现,使用 zab 协议,paxos 算法的变种。


26. 说几个 zookeeper 常用的命令。


常用命令:ls get set create delete 等。


27. ZAB 和 Paxos 算法的联系与区别?


相同点:


(1)两者都存在一个类似于 Leader 进程的角色,由其负责协调多个 Follower 进程的运行


(2)Leader 进程都会等待超过半数的 Follower 做出正确的反馈后,才会将一个提案进行提交


(3)ZAB 协议中,每个 Proposal 中都包含一个 epoch 值来代表当前的 Leader周期,Paxos 中名字为 Ballot


不同点:


ZAB 用来构建高可用的分布式数据主备系统(Zookeeper),Paxos 是用来构建分布式一致性状态机系统。


28. Zookeeper 的典型应用场景


Zookeeper 是一个典型的发布/订阅模式的分布式数据管理与协调框架,开发人员可以使用它来进行分布式数据的发布和订阅。


通过对 Zookeeper 中丰富的数据节点进行交叉使用,配合 Watcher 事件通知机制,可以非常方便的构建一系列分布式应用中年都会涉及的核心功能,如:


(1)数据发布/订阅


(2)负载均衡


(3)命名服务


(4)分布式协调/通知


(5)集群管理


(6)Master 选举


(7)分布式锁


(8)分布式队列


数据发布/订阅


介绍


数据发布/订阅系统,即所谓的配置中心,顾名思义就是发布者发布数据供订阅者进行数据订阅。


目的


动态获取数据(配置信息)


实现数据(配置信息)的集中式管理和数据的动态更新


设计模式


Push 模式


Pull 模式


数据(配置信息)特性


(1)数据量通常比较小


(2)数据内容在运行时会发生动态更新


(3)集群中各机器共享,配置一致


如:机器列表信息、运行时开关配置、数据库配置信息等


基于 Zookeeper 的实现方式


· 数据存储:将数据(配置信息)存储到 Zookeeper 上的一个数据节点


· 数据获取:应用在启动初始化节点从 Zookeeper 数据节点读取数据,并在该节点上注册一个数据变更 Watcher


· 数据变更:当变更数据时,更新 Zookeeper 对应节点数据,Zookeeper会将数据变更通知发到各客户端,客户端接到通知后重新读取变更后的数据即可。


负载均衡


zk 的命名服务


命名服务是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址,利用 zk 创建一个全局的路径,这个路径就可以作为一个名字,指向集群中的集群,提供的服务的地址,或者一个远程的对象等等。


分布式通知和协调


对于系统调度来说:操作人员发送通知实际是通过控制台改变某个节点的状态,然后 zk 将这些变化发送给注册了这个节点的 watcher 的所有客户端。


对于执行情况汇报:每个工作进程都在某个目录下创建一个临时节点。并携带工作的进度数据,这样汇总的进程可以监控目录子节点的变化获得工作进度的实时的全局情况。


zk 的命名服务(文件系统)


命名服务是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址,利用 zk 创建一个全局的路径,即是唯一的路径,这个路径就可以作为一个名字,指向集群中的集群,提供的服务的地址,或者一个远程的对象等等。


zk 的配置管理(文件系统、通知机制)


程序分布式的部署在不同的机器上,将程序的配置信息放在 zk 的 znode 下,当有配置发生改变时,也就是 znode 发生变化时,可以通过改变 zk 中某个目录节点的内容,利用 watcher 通知给各个客户端,从而更改配置。


Zookeeper 集群管理(文件系统、通知机制)


所谓集群管理无在乎两点:是否有机器退出和加入、选举 master。


对于第一点,所有机器约定在父目录下创建临时目录节点,然后监听父目录节点


的子节点变化消息。一旦有机器挂掉,该机器与 zookeeper 的连接断开,其所创建的临时目录节点被删除,所有其他机器都收到通知:某个兄弟目录被删除,于是,所有人都知道:它上船了。


新机器加入也是类似,所有机器收到通知:新兄弟目录加入,highcount 又有了,对于第二点,我们稍微改变一下,所有机器创建临时顺序编号目录节点,每次选取编号最小的机器作为 master 就好。


Zookeeper 分布式锁(文件系统、通知机制)


有了 zookeeper 的一致性文件系统,锁的问题变得容易。锁服务可以分为两类,一个是保持独占,另一个是控制时序。


对于第一类,我们将 zookeeper 上的一个 znode 看作是一把锁,通过 createznode的方式来实现。所有客户端都去创建 /distribute_lock 节点,最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。用完删除掉自己创建的 distribute_lock 节点就释放出锁。


对于第二类, /distribute_lock 已经预先存在,所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点,和选 master 一样,编号最小的获得锁,用完删除,依次方便。


Zookeeper 队列管理(文件系统、通知机制)


两种类型的队列:


(1)同步队列,当一个队列的成员都聚齐时,这个队列才可用,否则一直等待所有成员到达。


(2)队列按照 FIFO 方式进行入队和出队操作。


第一类,在约定目录下创建临时目录节点,监听节点数目是否是我们要求的数目。


第二类,和分布式锁服务中的控制时序场景基本原理一致,入列有编号,出列按编号。在特定的目录下创建 PERSISTENT_SEQUENTIAL 节点,创建成功时Watcher 通知等待的队列,队列删除序列号最小的节点用以消费。此场景下Zookeeper 的 znode 用于消息存储,znode 存储的数据就是消息队列中的消息内容,SEQUENTIAL 序列号就是消息的编号,按序取出即可。由于创建的节点是持久化的,所以不必担心队列消息的丢失问题。


29. Zookeeper 都有哪些功能?


集群管理:监控节点存活状态、运行请求等;

主节点选举:主节点挂掉了之后可以从备用的节点开始新一轮选主,主节点选举说的就是这个选举的过程,使用 Zookeeper 可以协助完成这个过程;

分布式锁:Zookeeper 提供两种锁:独占锁、共享锁。独占锁即一次只能有一个线程使用资源,共享锁是读锁共享,读写互斥,即可以有多线线程同时读同一个资源,如果要使用写锁也只能有一个线程使用。Zookeeper 可以对分布式锁进行控制。

命名服务:在分布式系统中,通过使用命名服务,客户端应用能够根据指定名字来获取资源或服务的地址,提供者等信息。


30. 说一下 Zookeeper 的通知机制?


client 端会对某个 znode 建立一个 watcher 事件,当该 znode 发生变化时,这些 client 会收到 zk 的通知,然后 client 可以根据 znode 变化来做出业务上的改变等。


31. Zookeeper 和 Dubbo 的关系?


Zookeeper的作用:


zookeeper用来注册服务和进行负载均衡,哪一个服务由哪一个机器来提供必需让调用者知道,简单来说就是ip地址和服务名称的对应关系。当然也可以通过硬编码的方式把这种对应关系在调用方业务代码中实现,但是如果提供服务的机器挂掉调用者无法知晓,如果不更改代码会继续请求挂掉的机器提供服务。zookeeper通过心跳机制可以检测挂掉的机器并将挂掉机器的ip和服务对应关系从列表中删除。至于支持高并发,简单来说就是横向扩展,在不更改代码的情况通过添加机器来提高运算能力。通过添加新的机器向zookeeper注册服务,服务的提供者多了能服务的客户就多了。


dubbo:


是管理中间层的工具,在业务层到数据仓库间有非常多服务的接入和服务提供者需要调度,dubbo提供一个框架解决这个问题。

注意这里的dubbo只是一个框架,至于你架子上放什么是完全取决于你的,就像一个汽车骨架,你需要配你的轮子引擎。这个框架中要完成调度必须要有一个分布式的注册中心,储存所有服务的元数据,你可以用zk,也可以用别的,只是大家都用zk。


zookeeper和dubbo的关系:


Dubbo 的将注册中心进行抽象,它可以外接不同的存储媒介给注册中心提供服务,有 ZooKeeper,Memcached,Redis 等。


引入了 ZooKeeper 作为存储媒介,也就把 ZooKeeper 的特性引进来。首先是负载均衡,单注册中心的承载能力是有限的,在流量达到一定程度的时 候就需要分流,负载均衡就是为了分流而存在的,一个 ZooKeeper 群配合相应的 Web 应用就可以很容易达到负载均衡;资源同步,单单有负载均衡还不 够,节点之间的数据和资源需要同步,ZooKeeper 集群就天然具备有这样的功能;命名服务,将树状结构用于维护全局的服务地址列表,服务提供者在启动 的时候,向 ZooKeeper 上的指定节点 /dubbo/${serviceName}/providers 目录下写入自己的 URL 地址,这个操作就完成了服务的发布。 其他特性还有 Mast 选举,分布式锁等。

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相关实践学习
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