Zookeeper 簡介

1. 前言

大家好，今天我們來介紹一個在分布式環境中經常使用的技術—— Apache Zookeeper 。Apache ZooKeeper 是 Apache Software Foundation 下的開源志愿者項目。接下來我們主要來介紹一下 Zookeeper 是什么？它有什么作用？以及我們為什么要學習 Zookeeper。

2. 什么是 Zookeeper

什么是 Zookeeper 呢？我們先來看一下 Zookeeper 的官網介紹：

原文直接翻譯過來的概念很抽象，那我們簡單的解釋一下。在分布式環境中，存在著大量的服務，服務與服務之間難以做到彼此協調，也不便于開發人員對服務進行維護管理，而 Zookeeper 使用它簡單的結構和 API ，協調服務與服務之間的關系，讓開發人員專注于應用程序的核心業務邏輯，更方便的對應用程序的服務進行管理維護。
所以我們可以把 Zookeeper 叫做分布式協調服務。

簡單介紹了 Zookeeper 是什么，接下來我們就來了解一下 Zookeeper 具體的應用場景。

3. Zookeeper 的應用

1. 服務注冊與發現
   當我們的分布式系統增加了一個服務，我們只需要利用 Znode 和 Watcher，讓它注冊到 Zookeeper 中，我們就可以很方便的對這個服務進行管理；
2. 分布式鎖
   為了防止在分布式環境下，服務中多個進程之間互相干擾，我們可以用 Zookeeper 的臨時順序節點實現分布式鎖，對這些進程進行調度，讓它們順序執行；
3. 配置管理
   我們可以把核心的配置文件交給 Zookeeper 管理。當我們修改配置文件時，Zookeeper 就會把配置文件的信息同步到集群中的所有節點中去。

那么 Zookeeper 是依靠什么來實現這些功能的呢？接下來我們來關注 Zookeeper 有什么特點。

4. Zookeeper 的特點

1. 在分布式環境下，Zookeeper 的部署方式為一主（ Leader ）多從（ Follower ）的集群方式，只要半數以上的節點（包括 Leader 節點）存活，Zookeeper 集群就能正常服務。就算是 Leader 節點掛掉了，Zookeeper 也會進行崩潰恢復，所說 Zookeeper 集群本身是高可用的；
2. Zookeeper 集群的數據具有全局一致性。也就是說，無論客戶端連接到 Zookeeper 集群的哪一個從節點，獲取的數據都是一致的；
3. 在 Zookeeper 集群節點進行數據同步更新時，要么全部成功，要么全部失敗。所以 Zookeeper 的數據更新具有原子性；
4. 在同一個客戶端對 Zookeeper 節點進行更新請求操作時，會根據發送的順序依次去執行；
5. 由于 Zookeeper 能存儲的數據量非常小，所以數據的同步更新也會非?？臁Ｒ簿涂梢哉f在一定時間段內，客戶端獲取的數據是實時的。

根據上面的特點，我們可以了解到 Zookeeper 在分布式環境中的作用還是非常強大的。所以我們還是有必要去學習一下 Zookeeper 的。
說了這么多 Zookeeper 的功能，那它與其他類似功能的技術相比較有什么區別呢？接下來我們用 Zookeeper 和其他技術進行一下比較。

5. Zookeeper 與其他技術的比較

1. Zookeeper 與 Redis 分布式鎖比較
   除了 Zookeeper 可以實現分布式鎖之外，我們還可以使用高性能緩存技術 Redis 來實現，我們來比較一下它們的優缺點。

   分布式鎖	優點	缺點
   Zookeeper	1. 功能已經封裝，實現簡單 2. 有等待鎖的隊列，提升了搶鎖的效率	添加和刪除節點性能較低
   Redis	Set 和 Del 指令的性能高	1. 實現較復雜，需要考慮超時、原子性、誤刪的情況 2. 沒有等鎖隊列，只能通過客戶端自旋來等鎖，效率低下

2. Zookeeper 與 Eureka 的比較
   Eureka 是 Spring Cloud 微服務架構的分布式注冊中心。
   在進行比較之前，我們來了解一下 CAP 定理。什么是 CAP 定理呢？

   • C ： Consistent ，一致性，需要保證數據的一致性。
   • A ： Availability ，可用性，需要保證服務的可用性。
   • P ： Partition tolerance ，分區容錯性，服務對網絡分區故障的容錯性。

   在 CAP 這個定理中，任何分布式系統都只能保證其中兩條。那么 Zookeeper 和 Eureka 又是保證的哪兩條呢？

   分布式注冊中心	優點	缺點
   Zookeeper （保證 CP）	新的服務注冊時會同步到其他節點，保證了節點數據的一致性	為了保證一致性，在 Leader 選舉階段服務不能注冊，失去了可用性
   Eureka （保證 AP）	Eureka 的各個節點是平等的，只要有一個節點存在，就可以提供服務	新服務注冊時，不會把數據同步到其他節點上，失去了數據一致性

6. 學習 Zookeeper 的必要條件

想要學習 Zookeeper ，我們必須有以下技能：

1. Java ：Zookeeper 是基于 Java 語言開發的，這是學習 Zookeeper 最基本的要求；
2. Linux ：Zookeeper 一般都是部署在 Linux 上的，所以我們需要知道如何操作 Lunix ，以及如何部署 Zookeeper ；
3. 分布式開發：Zookeeper 作為分布式環境中重要的組件，我們必須了解什么是分布式項目，如何去開發分布式項目，以及分布式的項目會遇到什么問題。

7. 課程設計思路

在 Zookeeper 的課程中，我們的學習路線從 Zookeeper 的基礎知識入門，到簡單使用 Zookeeper ，再到 Zookeeper 的實現原理，最后使用 Zookeeper 進行應用實戰，一步一步從入門到 Zookeeper 應用高手。以下是 Zookeeper 課程的學習路線：

• Zookeeper 基礎入門：
  包括 Zookeeper 的數據模型，Zookeeper 安裝及部署，以及兩種 Zookeeper 的 Java 客戶端的初步使用，有了扎實的基礎我們才能深入學習它的實現原理；
• Zookeeper 實現原理：
  包括 Zookeeper 通信原理，Zookeeper 監聽機制，Zookeeper ACL，Zookeeper 序列化方式，Zookeeper ZAB 協議。其中重點是 Zookeeper ZAB 協議，包括兩種運行模式：崩潰恢復模式和消息廣播模式。了解了 Zookeeper 的實現原理，我們才能更好的來使用 Zookeeper；
• Zookeeper 應用實戰：
  在 Zookeeper 實戰內容中，我們使用 Zookeeper 實現了分布式鎖、分布式 ID、負載均衡、配置中心、集群管理等，學習了如何使用了高效的部署方式 —— Docker 來構建我們的 Zookeeper 集群，以及如何對 Zookeeper 的 Java 進程和運行狀態進行監控，最后我們還學習了在 Kafka 和 Dubbo 兩大框架中是如何使用 Zookeeper 的。

相信通過這些內容的學習，同學們一定會熟練的掌握 Zookeeper，并使用 Zookeeper 解決在實際的開發中遇到的分布式環境所帶來的問題。

8. 小結

本節課程我們主要了解了 Zookeeper 是什么，Zookeeper 的特點。我們來對本節內容進行總結：

• Zookeeper 是一種分布式協調服務。
• Zookeeper 的應用有服務注冊與發現，分布式鎖，配置管理。
• Zookeeper 的特點：集群的高可用性，數據的一致性、原子性，執行的順序性，實時性。
• Zookeeper 優缺點：Zookeeper 是 CP 系統，在保證數據一致性的同時，不能保證服務注冊的高可用。