ZooKeeper 的應用

1. 前言

在分布式應用中，我們除了單獨使用 Zookeeper 來實現分布式鎖、配置中心等功能外，在我們使用一些優秀的框架時，比如高性能的分布式流處理平臺 Apache Kafka，高性能的 Java RPC 框架 Apache Dubbo，它們也不同程度的依賴于 Zookeeper 服務，來實現一些特定的功能。

在本節內容中，我們就來學習在 Kafka 和 Dubbo 中，是如何使用 Zookeeper 的。

2. Zookeeper 在 Kafka 中的應用

在學習 Zookeeper 在 Kafka 中的應用之前，我們先來簡單的了解一下 Kafka。

2.1 Kafka 簡介

Apache Kafka 是一個高性能的分布式流處理平臺，它可以做什么呢？

• Kafka 可以發布和訂閱消息。
• Kafka 可以儲存消息。
• Kafka 可以在消息產生時就進行處理。

了解了 Kafka 可以實現的一些功能，接下來我們需要了解的是 Kafka 系統的組成有哪些：

• Broker： 消息管理者，Kafka 通常使用集群模式來提供服務，集群中的單個 Kafka 節點就稱為 Broker；
• Topic： 消息的主題，用于區分消息的類型，保存在 Broker 中；
• Partition： 消息的分區，Topic 下可以有一個或者多個分區；
• Producer： 消息生產者，Producer 將消息發布到 Topic 中，由 Broker 把消息存放到 Partition 中；
• Consumer：消息消費者，Consumer 從 Broker 中的 Topic 拉取消息，可以拉取多個 Topic 的消息；
• Consumer Group： 消費者分組，對 Consumer 進行分組，方便對多個 Consumer 進行消息廣播；
• Leader： 分區副本的領導者，當前負責讀寫操作的 Partition；
• Follower： Leader 的跟隨者，會同步 Leader 的數據，Leader 失效后從 Follower 中選舉 Leader ；
• Offset： Partition 消息的消費數量記錄。

簡單的了解了 Kafka，接下來我們就來介紹 Zookeeper 在 Kafka 中的應用。

2.2 Zookeeper 在 Kafka 中的應用

• Topic 配置管理： Topic 的配置會注冊到 Zookeeper 中 的 config 節點下，根據 config 節點來動態更新配置；
• Broker 管理： 在每個 Broker 啟動時，都會注冊到 Zookeeper 的 brokers 節點下；
• Topic 及 Partition 管理： Topic 會注冊到 brokers 節點下的 topics 節點下，Partition 會注冊到 Topic 的節點下；
• Producer 負載均衡： Producer 將消息發布到 Topic 時，會根據 Zookeeper 的 brokers 節點下的 Broker 來進行動態的負載均衡；
• Consumer 負載均衡： Consumer 從 Topic 拉取消息時，同樣也需要根據 Zookeeper 的 brokers 節點下的 Broker 來進行動態的負載均衡；
• 消費管理： 每個 Partition 只能被 Consumer Group 中的一個 Consumer 進行消費，因此需要關聯 Partition 與 Consumer 之間的關系，將 Consumer 的 Consumer ID 注冊到相關聯的 Partition 節點的臨時節點上；
• Offset 記錄： 在 Consumer 對指定 Partition 進行消息消費的過程中，需要將 Partition 的消費數量記錄到 Zookeeper 中。

介紹完一部分 Zookeeper 在 Kafka 中的應用，接下來我們就來介紹在 Dubbo 中 Zookeeper 的應用。

3. Zookeeper 在 Dubbo 中的應用

首先我們來簡單的了解一下 Dubbo 是什么，再來介紹 Zookeeper 在 Dubbo 中的應用。

3.1 Dubbo 簡介

Apache Dubbo 是一款高性能、輕量級的開源 Java RPC 框架，它提供了三大核心能力：

• 面向接口的遠程方法調用；
• 智能容錯和負載均衡；
• 服務自動注冊和發現。

下面是一張來自 Dubbo 官網的結構圖：

從圖中我們可以看到，Dubbo 的組件一共有 5 部分：

• Container 容器；
• Provider 服務提供者；
• Consumer 服務消費者；
• Registry 注冊中心；
• Monitor 監控中心。

我們來講解一下它們之間的調用關系：

0. 從 Container 中啟動服務提供者 Provider；
1. Provider 服務提供者把自己注冊到 Registry 注冊中心；
2. Consumer 服務消費者從 Registry 注冊中心訂閱服務；
3. Registry 注冊中心發送 Provider 的服務地址給 Consumer 服務消費者；
4. Consumer 服務消費者遠程調用 Provider 服務提供者的服務；
5. Consumer 和 Provider 的調用情況定時發送到 Monitor 監控中心。

簡單的介紹了 Dubbo，接下來我們就來介紹 Zookeeper 在 Dubbo 中的應用。

3.2 Zookeeper 在 Dubbo 中的應用

在 Dubbo 官方網站中的注冊中心參考手冊中， Dubbo 官方推薦 Zookeeper 作為注冊中心。下面是一張來自 Dubbo 官網的 Zookeeper 節點結構圖：

我們來分析一下節點的結構，根據 Zookeeper 的樹狀結構，Dubbo 把節點分為 4 層：

1. 第一層為 Root 節點，固定為 dubbo；
2. 第二層為服務節點，我們可以根據不同的服務來注冊不同的服務節點，同時 Monitor 會監聽服務節點；
3. 第三層為服務的類型，分別為服務提供者和服務消費者，固定為 providers 和 consumers ；
4. 第四層為服務提供者和服務消費者的 URL，如果是 Provider 就會注冊到 providers 節點下的臨時節點。如果是 Consumer 就注冊到 consumers 節點下的臨時節點，并且對同一服務下的 providers 開啟監聽。

我們來總結一下 Zookeeper 作為注冊中心的原理：服務提供者把 URL 注冊到 providers 下的臨時節點，服務消費者從 providers 獲取 URL 列表，并對 providers 開啟子節點事件的監聽。根據 Zookeeper 臨時節點的特性，服務提供者只要與 Zookeeper 斷開連接，Zookeeper 服務就會把該臨時節點移除，此時服務消費者就會收到 providers 的子節點移除事件，然后更新自己的服務提供者的 URL 列表。

4. 總結

在本節內容中，我們學習了在 Kafka 和 Dubbo 中 Zookeeper 的應用，其實 Zookeeper 的應用就是根據它的樹狀結構，節點的特性以及節點的監聽機制，同學們在使用 Zookeeper 時可以利用好這些點。以下是本節內容總結：

1. Zookeeper 在 Kafka 中的應用。
2. Zookeeper 在 Dubbo 中的應用。