1 简介

Zookeeper是由雅虎创建，Zookeeper并没有直接采用Paxos算法，而是采用了一种被称为ZAB（Zookeeper Atomic Broadcast）的一致性协议。

Zookeeper是一个典型的分布式数据一致性的解决方案，分布式应用程序可以基于它实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master选举、分布式锁和分布式队列等功能。

2 Zookeeper基本概念

2.1 集群角色

Leader：Leader服务器为客户端提供读写服务
Follower：Follower为客户端提供读服务
Observer：Observer为客户端提供读服务，不参与选举Leader，不参与事务投票，不影响写性能提高集群的读性能。

2.2 会话（Session）

Session是指客户端会话，是客户端连接服务端的一个TCP长连接。服务端的Watch事件通知也是通过该TCP连接。

2.3 数据节点（Znode）

Zookeeper将所有的数据存储在内存中，数据模型是一棵树（Znode Tree），由斜杆进行分割的路径，就是一个Znode，每个Znode上都会保存自己的数据内容，同时还会保存一些列的属性信息。

Znode结构

在Zookeeper中，Znode分为持久节点和临时节点，持久节点是指一旦创建，除非主动删除，否则这个Znode会一直在Zookeeper中，临时节点它的生命周期是跟会话绑定，一旦客户端会话失效，临时节点将会删除。另外，Zookeeper可以为每个节点添加SEQUENTIAL属性，一旦有这个属性，那么节点就是一个有序节点。

持久节点（PERSISTENT）（默认）：在该数据节点创建后，就一直存在与Zookeeper服务器上，直到有删除操作来主动清除这个节点。不会因为创建该节点的客户端会话失效而消失；
持久顺序节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）：在ZK中每个父节点会为他的第一级子节点维护一份顺序，用于记录每个子节点创建的先后顺序；
临时节点（EPHEMERAL）：和持久节点不同，临时节点的生命周期和客户端会话绑定。如果客户端会话失效，那么这个节点就会自动被清除掉。注意，这里提到的是会话失效，而非TCP连接断开；
临时顺序节点（EPHEMERAL_SEQUENTIAL）

2.4 版本

Zookeeper会对每一个Znode维护一个Stat的数据结构，Stat中记录了Znode的三个数据版本，分别是：

version（当前Znode的版本）
cversion（当前Znode子节点的版本）
aversion（当前Znode的ACL版本）

Znode stat

2.5 Watcher

Watcher（事件监听器），Zookeeper允许用户在指定节点上注册watcher，并且在一些特定事件触发的时候，Zookeeper服务端会将事件通知到感兴趣的客户端上去，该机制是Zookeeper实现分布式协调服务的重要特性。

特点
- 一次性：
  - 只触发一次watches；
  - 先注册再触发
- 异步：
  - watcher event 异步发送 watcher 的通知事件，即：从 server 发送到 client 是异步的；
  - 只能保证最终的一致性。
- 轻量级事件：
  - Watcher 通知非常简单，只会告诉客户端发生了事件，而不会说明事件的具体内容；
  - 客户端向服务端注册 Watcher 的时候，并不会把客户端真实的 Watcher 对象实体传递到服务端，仅仅是在客户端请求中使用 boolean 类型属性进行了标记。
- 客户端串行执行：客户端 Watcher 回调的过程是一个串行同步的过程。

2.5.1 工作机制

客户端注册 watcher
- 调用 getData()/getChildren()/exist()三个 API，传入 Watcher 对象；
- 标记请求 request，封装 Watcher 到 WatchRegistration；
- 封装成 Packet 对象，向服务端发送 request；
- 收到服务端响应后，将 Watcher 注册到 ZKWatcherManager 中进行管理；
- 请求返回，完成注册。
服务端处理 watcher
- 服务端接收 Watcher 并存储：接收到客户端请求，处理请求判断是否需要注册 Watcher，需要的话将数据节点的节点路径和 ServerCnxn（ServerCnxn 代表一个客户端和服务端的连接，实现了 Watcher 的 process 接口，此时可以看成一个 Watcher 对象）存储在WatcherManager 的 WatchTable 和 watch2Paths 中去。
- Watcher 触发：以服务端接收到 setData() 事务请求触发 NodeDataChanged 事件为例：
  - 封装 WatchedEvent：将通知状态（SyncConnected）、事件类型（NodeDataChanged）以及节点路径封装成一个 WatchedEvent 对象；
  - 查询 Watcher：从 WatchTable 中根据节点路径查找 Watcher；
  - 没找到：说明没有客户端在该数据节点上注册过 Watcher；
  - 找到：提取并从 WatchTable 和 Watch2Paths 中删除对应 Watcher（从这里可以看出 Watcher 在服务端是一次性的，触发一次就失效了）
- 调用 process 方法来触发 Watcher：这里 process 主要就是通过 ServerCnxn 对应的 TCP 连接发送 Watcher 事件通知。
客户端回调 watcher
- 客户端 SendThread 线程接收事件通知，交由 EventThread 线程回调 Watcher；
- 客户端的 Watcher 机制同样是一次性的，一旦被触发后，该 Watcher 就失效了。