一、引言

Zookeeper 是 Apache 开源的分布式协调服务，专为分布式系统提供一致性、高可用性和容错能力。其核心设计目标是通过简单的接口（如文件系统目录树结构）实现复杂的分布式一致性协议，帮助开发者解决分布式环境下的协调难题，如配置管理、分布式锁、服务注册与发现等。

二、架构与数据模型

1. 集群架构

   • 角色分工：
     • Leader：负责处理事务请求（写操作），通过 ZAB 协议同步数据。
     • Follower：处理读请求，参与 Leader 选举和事务提交投票。
     • Observer：扩展读能力，不参与投票，降低集群压力。
   • 通信机制：节点间通过心跳（PING）检测存活状态，使用原子广播协议同步数据。

2. 数据模型：ZNode

   • 树形结构：类似文件系统，每个节点（ZNode）存储数据和 ACL 权限。
   • 节点类型：
     • 持久节点（Persistent）：手动删除。
     • 临时节点（Ephemeral）：会话结束自动删除。
     • 顺序节点（Sequential）：名称自动追加全局递增序号。
   • 版本控制：每个 ZNode 维护版本号（dataVersion），确保写入操作的原子性。

三、核心原理：ZAB 协议

Zookeeper 使用 ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast）协议 保证数据一致性，分为两个阶段：

1. 崩溃恢复模式

   • Leader 选举：集群启动或 Leader 宕机时，进入选举阶段。节点根据 ZXID（事务ID，高位为 epoch 周期，低位为计数器）和 myid 投票，遵循“数据最新者优先”原则，快速选出新 Leader。
   • 数据同步：新 Leader 将自身数据状态同步至所有 Follower，确保集群数据一致。

2. 消息广播模式

   • 两阶段提交：
     1. Leader 生成事务提案（Proposal）并分配 ZXID，广播给所有 Follower。
     2. Follower 写入日志并反馈 ACK，收到半数以上 ACK 后，Leader 发送 Commit 命令提交事务。
   • 严格顺序性：所有事务按 ZXID 顺序处理，保证全局有序。

四、一致性保证

• 顺序一致性：客户端的请求按发送顺序执行。
• 原子性：事务在所有节点上成功或失败。
• 最终一致性：客户端总能读取最新数据（通过 Sync 操作强制同步）。

五、会话（Session）机制

• 会话生命周期：客户端通过 TCP 长连接与服务器通信，会话超时（Session Timeout）内无心跳则会话失效，临时节点被删除。
• 重连机制：客户端自动重连至其他服务器，会话保持有效。

六、Watch 监听机制

• 事件驱动：客户端可对 ZNode 设置 Watch，监听节点创建、删除、数据变更等事件。
• 一次性触发：Watch 触发后需重新注册，避免重复通知。
• 轻量级设计：服务端仅存储事件类型和节点路径，不记录客户端状态。

七、典型应用场景

1. 配置管理：将配置存储在持久节点，客户端监听节点变化，实现动态配置更新。
2. 分布式锁：
   • 排他锁：通过创建临时节点实现，成功创建者获得锁。
   • 读写锁：利用顺序节点和临时节点组合实现。
3. 服务注册与发现：服务提供者创建临时节点，服务消费者监听节点列表变化。
4. 选主（Leader Election）：多个节点创建临时顺序节点，序号最小者成为 Leader。

八、最佳实践与局限性

• 最佳实践：
  • 避免存储大文件（ZNode 数据上限通常为 1MB）。
  • 合理设置会话超时时间（默认 2*TickTime）。
  • 使用 Observer 节点扩展读性能。
• 局限性：
  • 大规模节点（如上万）可能导致 Watch 通知延迟。
  • 写性能受 Leader 单点限制，可通过分片（Sharding）缓解。

九、总结

Zookeeper 通过 ZAB 协议、ZNode 数据模型和 Watch 机制，为分布式系统提供高效可靠的协调服务。理解其原理有助于在微服务、大数据等场景中合理设计系统架构，规避分布式环境下的常见问题。随着云原生技术的发展，Zookeeper 仍是在一致性要求严格的场景下的重要基础设施。

标题快速搭建Zookeeper

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步骤一：下载文件压缩包
首先，下载所需的文件压缩包（如 ZooKeeper 的安装包）。
下载地址

https://www.apache.org/dyn/closer.lua/zookeeper/zookeeper-3.8.4/apache-zookeeper-3.8.4-bin.tar.gz

步骤二：解压文件
将下载的压缩包解压到当前工作目录。

步骤三：创建所需目录
在解压后的 bin 目录下，新建两个文件夹：data 和 log。

步骤四：复制并编辑配置文件
进入 conf 目录，复制 zoo_sample.cfg 文件，并将副本重命名为 zoo.cfg，然后编辑该配置文件。

将原来的dataDir注释 ，将刚刚创建的两个文件目录编辑为下图所示

要注意一个是dataDir 一个是dataLogDir

下面可以配置端口号，建议不要更改

步骤五：启动 ZooKeeper 服务
进入 bin 目录并启动 ZooKeeper 服务

先启动server再启动Cli

若是cli出现 Welcome to Zookeeper则代表启动成功

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