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2022/05/05 feat:初稿。

分布式系统定义及面临的问题以及Zookeeper的基本概念

分布式系统面临的问题

Zookeeper 最主要的应用场景是，作为分布式系统的分布式协同服务。

分布式系统可以定义为：

分布式系统是同时跨越多个物理主机，独立运行的多个软件组成的系统。

每个服务器的算力是有限的，但是，通过分布式系统，由 n 个服务器组成的集群，算力是可以无限扩张的。

优点很明显，人多力量大，并且可以相互备份。

缺点也很明显，以 5 个人作为项目组开发项目为例，会面临如下问题：

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在现实中，我们可以认为协调，出错了也可以人工补偿。在计算机世界，这样行不通，每一步都必须严谨。因此，分布式系统必须合理解决上述问题。

分布式协调的工作就是通过某种方式，让每个节点的信息进行同步和共享。 这依赖于服务器进程之间的通信，通信方式主要有两种：

• 通过网络进行通信

  类似于现实中任务通过邮件的传递。

• 通过共享存储

  类似于 svn 共享任务分配表。更好的方法是，svn 有变化时，通过邮件通知。整个过程如下：

  

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Zookeeper 如何解决分布式系统面临的问题

Zookeeper 对分布式系统的协调，使用的是第二种方式，共享存储。 分布式应用也需要和存储进行网络通信。

Zookeeper 实现分布式协同的原理，类似于项目组通过 svn 同步工作任务。

• Zookeeper 类似 svn，存储了任务的分配、完成情况等共享信息。
• 每个分布式应用的节点类似于组员，订阅这些共享信息。
• 当主节点（组 leader），对某个从节点的工作信息发生改变时，相关订阅的从节点会受到 Zookeeper 通知，取得最新的任务分配。
• 从节点完成工作后，将完成情况存储到 Zookeeper。
• 主节点订阅了任务的完成情况信息，所以将得到 Zookeeper 的完工通知。

如图，svn 和邮件系统合二为一，以 Zookeeper 代替。

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备注：Slave 节点想要获取 Zookeeper 的更新通知，需要事先在关心的节点上设置观察点。

分布式系统的问题主要来自于共享。

Zookeeper 解决协同问题的关键是，保证分布式系统信息的一致性。

Zookeeper 的基本概念

Zookeeper概述

Zookeeper 是一个分布式的协调服务，他的设计目标是将复杂易出错的分布式服务封装起来，构成可操作的原语集，以简单的接口提供给用户 使用。

Zookeeper 是一个典型的分布式数据一致性解决方案，分布式应用可以基于塔实现发布订/阅，负载均衡、命名服务、集群管理、分布式锁、分布式队列等功能。

基本概念

1. 集群角色

   分布式中最典型的集群是 Master/Slave 模式，通常把能够处理写操作的机器叫 Master 机器，把通过异步复制获取最新数据，并提供读服务的机器成为 Slave 机器。

   Zookeeper 没有使用这一的模式，而是引入了 Leader 、Follower 和 Observer 三种角色。

   Zookeeper 中的所有机器通过 leader 选举选举 leader 机器，leader 服务器对外提供读和写服务，其他机器都能提供读服务。

   唯一的区别在与，Observer 不参与选举过程，不参与写操作的过半写成功策略，因此 Observer 可以在不影响写性能的情况下提升集群的性能。

   

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2. 会话（Session）

   Session 指的是客户端会话，一个客户端连接指的是客户端和服务端之间的一个 TCP 长连接，Zookeeper对外的默认端口是 2181 。

   客户端启动时，首先会与服务器建立一个TCP连接，从第一次连接建立开始，客户端的生命周期就开始了，通过这个连接，客户端能够心跳检测与服务器保持有效会话，也能够向Zookeeper服务器发送请求并接收响应，同时还能够通过该连接来接收来自服务器的Watch事件通知。

3. 数据节点（ZNode）

   分布式中分“节点”通常指的是集群中的某一台机器。

   但是，Zookeeper中的节点分为两类：

   • 第一类是指构成集群的机器，我们称之为机器节点。
   • 第二类指数据模型中的数据单元，称为数据节点，即ZNode。

   Zookeeper将所有数据存在内存中，数据模型是一棵树（ZNode Tree）。由斜杠（/）进行分割的路径，就是一个ZNode。例如/app/path1。

   每个ZNode上都会保存自己的数据内容，同时还会保存一系列的属性信息。

4. 版本

   每个ZNode，Zookeeper都会为其维护一个叫Stat的数据结构，Stat记录了这个ZNode的三个版本，分别是version（当前ZNode的版本）、cversion（当前ZNode子节点的版本）、zversion（当前ZNode的ACL版本）。

5. Wacher（事件监听器）

   Watcher是指事件监听器，是Zookeeper的一个重要特性。

   Zookeeper允许用户在指定节点上注册一些Watcher，并且在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，该机制是Zookeeper实现分布式协调的重要特性。

6. ACL

   Zookeeper使用ACL（Access Control Lists）进行权限控制，其定义了一下五种权限，

   CREATE：创建子节点的权限。

   READ：获取节点数据和节点列表的权限。

   WRITE：更新节点数据的权限。

   DELETE：删除子节点的权限。

   ADMIN：设置节点ACL的权限。

   其中，CREATE 和 DELETE 都是针对子节点的权限控制。