ZooKeeper数据模型你懂吗?

本文涉及的产品
Serverless 应用引擎 SAE,800核*时 1600GiB*时
EMR Serverless StarRocks,5000CU*H 48000GB*H
服务治理 MSE Sentinel/OpenSergo,Agent数量 不受限
简介: ZooKeeper数据节点你懂吗?那数据节点有什么类型?数据节点的版本呢?听说ZooKeeper还有事务ID,你知不知道啊?还有Watcher机制呢?ZooKeeper作为一个典型的分布式数据一致性的解决方案,ZooKeeper的技能点是Java程序员进阶所必须掌握。如果上面的问题你还不懂的话,不妨看看下文对这些概念的解析~

ZooKeeper数据节点你知道吗?那数据节点有什么类型?数据节点的版本呢?听说ZooKeeper还有事务ID,你知不知道啊?还有Watcher机制呢?ZooKeeper作为一个典型的分布式数据一致性的解决方案,ZooKeeper的技能点是Java程序员进阶所必须掌握。如果上面的问题你还不懂的话,不妨看看下文对这些概念的解析~

1. ZooKeeper数据模型

1.1 ZooKeeper数据节点

面试官:你说说ZooKeeper数据模型?

ZooKeeper的数据模型是一颗树结构,每一个树节点是一个数据节点,我们称它为ZNode

而每一个ZNode的节点路径标识使用斜杠/作为分隔符,我们可以在ZNode节点下写入数据、创建节点,这种斜杠/作为路径分隔符的方式和Unix文件系统路径非常相似。

大家可以看下Unix文件系统路径,以斜杠/作为路径分隔符。

# 根目录
/
# 可执行文件所在位置
/bin
# 设备驱动
/dev

这是ZooKeeper数据模型概念图,是不是非常类似呢?

在这里插入图片描述

另外ZooKepper这种斜杠/作为路径分隔符正好和Windows相反,Windows使用的是反斜杠\

# Windows路径示例
C:\Java\jdk1.8.0_311

1.2 数据节点类型

面试官:那ZooKeeper数据节点有几种类型?

ZooKeeper一共有四种节点类型,但从整体来看主要是持久节点类型、临时节点类型这两种,另外两种类型只是在以上两种节点类型基础上增加了顺序的特性。大家这样理解会更方便记忆~

  1. 持久节点:这种数据节点一旦背创建后,就会一直存在于ZooKeeper服务器上,除非对该数据节点执行删除操作。
  2. 持久顺序节点:刚刚和大家说了,该节点类型就是在持久节点基础上增加了顺序的特性。如果在持久顺序节点类型的父节点创建子节点,ZooKeeper会为该子节点名加上一个数字后缀来维护子节点的顺序。
  3. 临时节点:临时节点比较特殊,它的生命周期是和客户端会话绑定在一起的。这个客户端可以是连接ZooKeeper的某一个终端命令窗口,也可以是连接ZooKeeper的某一个Spring服务线程。如果客户端会话失效了,那这个临时节点就会被自动清除。
  4. 临时顺序节点:在临时节点的基础上添加了顺序特性。

另外大家记住一点,临时节点只能作为叶子节点,是不能在临时节点下面创建任何子节点的。原因大概是临时节点子节点没有存在的意义,创建子节点的场景大多是基于持久节点的场景,这种设计也可以防止对临时节点的误用。

1.3 数据节点的版本

面试官:数据节点版本知道吧?

ZooKeeper数据节点的版本概念和CAS操作的版本概念是一样的,同样是在多线程环境下,通过乐观锁这种无锁操作来保证线程安全性。

当一个数据节点被创建后,该节点的version值为0,代表它被更新过0次,如果后续对该节点进行更新操作,那version便会递增。

对数据节点的每次更新,都会对比数据节点的version是否是预期值,只有符合预期值,才会将新值更新到该数据节点。

大家可以通过以下CAS例子代码来了解CAS操作的执行过程。

@Slf4j
public class CAS implements Runnable {
   
   

    private static AtomicInteger val = new AtomicInteger(0);

    private void compareSwap(int expectVal, int operateVal) {
   
   
        if (val.compareAndSet(expectVal, operateVal)) {
   
   
            log.info("the thread called {} operated", Thread.currentThread().getName());
        } else {
   
   
            this.run(); // 相当于获取不到锁则重新执行
        }
    }

    @Override
    public void run() {
   
   
        int curVal = val.get();
        log.info("the thread called {} get val is {}", Thread.currentThread().getName(), curVal);
        compareSwap(curVal, curVal + 1);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
   
        CAS cas0 = new CAS();
        CAS cas1 = new CAS();

        Thread thread0 = new Thread(cas0, "cas0");
        Thread thread1 = new Thread(cas1, "cas1");
        thread0.start();
        thread1.start();
        thread0.join();
        thread1.join();
        log.info("current thread name: {} , the value of val: {}", Thread.currentThread().getName(), val);
    }
}

控制台打印:
[ INFO ]the thread called cas0 get val is 0
[ INFO ]the thread called cas1 get val is 0
[ INFO ]the thread called cas0 operated
[ INFO ]the thread called cas1 get val is 1
[ INFO ]the thread called cas1 operated
[ INFO ]current thread name: main , the value of val: 2

1.4 事务ID

面试官:ZooKeeper事务ID呢?

我们熟悉的数据库事务一般是包含对数据库状态的读写操作,数据库事务具有ACID特性:原子性、一致性、持久性、隔离性。数据库事务这块大家有不懂的可以看我往期文章《MySQL事务的性情很“原子“,要么执行要么不执行》。

但ZooKeeper的事务和数据库事务大相径庭。ZooKeeper事务一般是包括对数据节点的创建、删除、更新,也包括客户端会话创建、失效情况对临时节点的影响。

每一个事务请求,ZooKeeper都会为其分配一个全局唯一的事务ID,我们称它为ZXID。所以ZXID也可以间接反映出对数据节点操作的全局顺序,这个全局顺序在Follower服务器对Leader服务器的数据复制上相当重要,可以用来保证数据的一致性。

2. Watcher机制

面试官:ZooKeeper数据变更通知使用什么对象?

ZooKeeper拥有分布式通知的功能,这个功能是基于Watcher机制来实现的。一个Watcher对象就像一个订阅者,当订阅的主题状态发生变化,就会通知Watcher订阅者作出一定动作。

Watcher机制的工作流程,首先是客户端向ZooKeeper服务器注册Watcher通知,接着会将Watcher对象存储在客户端本身的WatchManager中。当ZooKeeper服务器触发Watcher事件后会向客户端发起通知,客户端就从本身的WatchManager取出对应的Watcher对象来执行回调操作

Watcher机制的大致流程大家可以参考下图:

在这里插入图片描述

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未完待续。。。

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