Zookeeper

  ZooKeeper是作为分布式应用建立更高层次的同步(synchronization)、配置管理 (configuration maintenance)、群组(groups)以及名称服务(naming)。在编程上，ZooKeeper设计很简单，所使用的数据模型风格很像文件系统的目录树结构，简单来说，有点类似windows中注册表的结构，有名称，有树节点，有Key(键)/Value(值)对的关系，可以看做一个树形结构的数据库，分布在不同的机器上做名称管理。

   Zookeeper分为2个部分：服务器端和客户端，客户端只连接到整个ZooKeeper服务的某个服务器上。客户端使用并维护一个TCP连接，通过这个连接发送请求、接受响应、获取观察的事件以及发送心跳。如果这个TCP连接中断，客户端将尝试连接到另外的ZooKeeper服务器。客户端第一次连接到ZooKeeper服务时，接受这个连接的 ZooKeeper服务器会为这个客户端建立一个会话。当这个客户端连接到另外的服务器时，这个会话会被新的服务器重新建立。

   启动Zookeeper服务器集群环境后，多个Zookeeper服务器在工作前会选举出一个Leader，在接下来的工作中这个被选举出来的Leader死了，而剩下的Zookeeper服务器会知道这个Leader死掉了，在活着的Zookeeper集群中会继续选出一个Leader，选举出leader的目的是为了可以在分布式的环境中保证数据的一致性。如图所示：
 

  另外，ZooKeeper 支持watch(观察)的概念。客户端可以在每个znode结点上设置一个观察。如果被观察服务端的znode结点有变更，那么watch就会被触发，这个watch所属的客户端将接收到一个通知包被告知结点已经发生变化。若客户端和所连接的ZooKeeper服务器断开连接时，其他客户端也会收到一个通知，也就说一个Zookeeper服务器端可以对于多个客户端，当然也可以多个Zookeeper服务器端可以对于多个客户端，如图所示：
 

你还可以通过命令查看出，当前那个Zookeeper服务端的节点是Leader，哪个是Follower，如图所示：
 

我通过试验观察到 Zookeeper的集群环境最好有3台以上的节点，如果只有2台，那么2台当中不管那台机器down掉，将只会剩下一个leader，那么如果有再有客户端连接上来，将无法工作，并且剩下的leader服务器会不断的抛出异常。内容如下：
java.net.ConnectException: Connection refused
        at sun.nio.ch.Net.connect(Native Method)
        at sun.nio.ch.SocketChannelImpl.connect(SocketChannelImpl.java:507)
        at java.nio.channels.SocketChannel.open(SocketChannel.java:146)
        at org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumCnxManager.connectOne(QuorumCnxManager.java:347)
        at org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumCnxManager.connectAll(QuorumCnxManager.java:381)
        at org.apache.zookeeper.server.quorum.FastLeaderElection.lookForLeader(FastLeaderElection.java:674)
        at org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeer.run(QuorumPeer.java:611)
2010-11-15 00:31:52,031 – INFO  [QuorumPeer:/0:0:0:0:0:0:0:0:2181:FastLeaderElection@683] – Notification time out: 12800

应用实例
   ZooKeeper有了上述的这些用途，让我们设想一下，在一个分布式系统中有这这样的一个应用：
     2个任务工厂(Task Factory)一主一从，如果从的发现主的死了以后，从的就开始工作，他的工作就是向下面很多台代理(Agent)发送指令，让每台代理(Agent)获得不同的账户进行分布式并行计算，而每台代理(Agent)中将分配很多帐号，如果其中一台代理(Agent)死掉了，那么这台死掉的代理上的账户就不会继续工作了。
上述，出现了3个最主要的问题：
    1.Task Factory 主/从一致性的问题
    2.Task Factory 主/从心跳如何用简单+稳定 或者2者折中的方式实现。
    3.一台代理(Agent)死掉了以后，一部分的账户就无法继续工作，需要通知所有在线的代理(Agent)重新分配一次帐号。

怕文字阐述的不够清楚，画了系统中的Task Factory和Agent的大概系统关系，如图所示：
  

OK，让我们想想ZooKeeper是不是能帮助我们去解决目前遇到的这3个最主要的问题呢？
解决思路
1. 任务工厂Task Factory都连接到ZooKeeper上，创建节点，设置对这个节点进行监控，监控方法例如：
    event= new WatchedEvent(EventType.NodeDeleted, KeeperState.SyncConnected, "/TaskFactory");
   这个方法的意思就是只要Task Factory与zookeeper断开连接后，这个节点就会被自动删除。

2.原来主的任务工厂断开了TCP连接，这个被创建的/TaskFactory节点就不存在了，而且另外一个连接在上面的Task Factory可以立刻收到这个事件(Event)，知道这个节点不存在了，也就是说主TaskFactory死了。

3.接下来另外一个活着的TaskFactory会再次创建/TaskFactory节点，并且写入自己的ip到znode里面，作为新的标记。

4.此时Agents也会知道主的TaskFactory不工作了，为了防止系统中大量的抛出异常，他们将会先把自己手上的事情做完，然后挂起，等待收到Zookeeper上重新创建一个/TaskFactory节点，收到 EventType.NodeCreated 类型的事件将会继续工作。

5.原来从的TaskFactory 将自己变成一个主TaskFactory，当系统管理员启动原来死掉的主的TaskFactory，世界又恢复平静了。

6.如果一台代理死掉，其他代理他们将会先把自己手上的事情做完，然后挂起，向TaskFactory发送请求，TaskFactory会重新分配(sharding)帐户到每个Agent上了，继续工作。

上述内容，大致如图所示：
 

1、Zookeeper客户端与服务端的大致结构
   服务端
    Zookeeper还是属于一个C/S的架构的应用服务，Zookeeper的服务器端分为2种运行模式：单台和集群多台的运行模式，通过conf/zoo.cfg中的配置判定你启用的运行模式，以及在群集模式中数据同步和心跳的频率等等。
   Zookeeper集群中的Leader和Follower之间的选举通过Paxos算法来实现的，它是一个基于消息传递的一致性算法，这里讲述了http://zh.wikipedia.org/zh-cn/Paxos算法，传说中Paxos算法是分布式一致性算法中最有效的一种算法。
口水:在源代码中的通讯部分看见了大量采用NIO和concurrent的代码(例如:LinkedBlockingQueue/AtomicLong)。

  客户端
ZooKeeper的Client由三个主要模块组成：
Zookeeper
    Zookeeper是最主要的类，可以写入一个或者多个Zookeeper的服务器地址，例如："127.0.0.1:3000,127.0.0.1:3001,127.0.0.1:3002" ，当你new Zookeeper( ….)的时候会有两个线程被创建：SendThread和EventThread，会在Server端创建大量的Session。
WatcherManager
    在Zookeeper类中还有一个WatcherManager，用来管理Watcher的，Watcher是ZK的一大特色功能，允许多个Client对一个或多个 ZNode进行监控，当ZNode有变化时能够通知到监控这个ZNode的各个Client，管理了ZK Client绑定的所有Watcher。
ClientCnxn
    在Zookeeper类中还包含了对ClientCnxn类的调用，ClientCnxn这个类管理所有对Zookeeper服务器端的网络通讯，服务端和客户端所有交互的数据都要调用这个类，包括给ZK Server发送Request，从ZK Server接受Response，以及从ZK Server接受Watcher Event。