ZooKeeper学习——概述篇

前言：最近学习分布式架构，发现随处可见ZooKeeper。于是花了点时间了解一下什么是ZooKeeper，这篇文章是入门概述篇，不会涉及到源码相关。

一、分布式一致性问题

• 集中式系统：应用的各项业务逻辑集中在一个服务器上。
• 分布式系统：应用的各项业务逻辑可以分布在不同的服务器上，彼此之间通过消息传递进行通信、协调的系统。

我们都知道事务有ACID特性，随着计算机技术的发展，计算机系统从以前的集中式系统渐渐走向了分布式系统，由于分布式环境存在的诸如通信异常、网络分区、节点故障、三态（成功/失败/超时）等各种问题，事务的特性也变得更加难以保证。于是，在大型分布式存储系统中，经常会出现分布式一致性问题。

案例：银行的跨行转账业务，这项业务包含从开户行将钱取出，然后将钱存入异地银行两个过程。银行系统可以类比为分布式系统，这项业务就是一项分布式事务。试想这种情况，用户成功将钱从开户行取出，却在存钱的时候出现了系统异常，那用户的钱岂不是白白没了。这时我们就称出现了分布式一致性问题（这里体现在系统的数据状态已经出现了本不该出现的异常）。

     为了解决这种分布式一致性问题，大神们提出了CAP理论、BASE理论以及各种分布式一致性协议。

二、CAP理论、BASE理论以及分布式一致性协议

CAP理论：一个分布式系统不可能同时满足一致性（Consistency），可用性（Availability），分区容忍性（Partition tolerance）这三个特性，最多只能满足两个。在实际的情况中，因为分布式系统通常都是部署在不同的服务器上的，因此分区容忍性一般我们是不能舍弃的一个因素，所以我们需要考虑的一般是一致性和可用性之间的权衡。

  BASE理论：BASE理论是对CAP理论中一致性和可用性进行权衡之后提出来的一种思想。即基本可用（Basically Available），软状态（Soft state），最终一致性（Eventually Consistent）。

   在这两个理论的指导下，先后出现了一些常见的分布式一致性协议，例如2PC，3PC，Paxos，ZAB等，这里就不具体展开了。ZooKeeper正是根据ZAB协议开发出来的分布式协调服务。

三、ZooKeeper的应用场景

为什么先说应用场景呢？因为我以前会觉得这个ZooKeeper到处都出现，以至于我反而觉得不知道它是干嘛的，所以这里先介绍一下ZooKeeper的应用场景。也即是ZooKeeper能够解决的问题。

• 数据发布/订阅
• 命名服务
• 集群管理
• 分布式锁
• 负载均衡
• 分布式协调/通知
• Master选举
• 分布式队列

这里只是罗列出来，并不会深入到具体的实现，有兴趣的可以自行查阅网上资料。

为了正常使用ZooKeeper，需要准备一个或多个服务器，并在各服务器上下载和安装ZooKeeper，进行简单的ZooKeeper集群配置之后，这个服务器集群就可以正常对外提供ZooKeeper分布式协调服务了。使用ZooKeeper的应用并不需要部署在与ZooKeeper相同的服务器上，当然也可以这么做。

ZooKeeper客户端通过客户端脚本/Java API/开源客户端与ZooKeeper集群进行交互，从而保证ZooKeeper客户端应用的分布式一致性。

四、ZooKeeper是什么？ZooKeeper的设计理念是什么？

ZooKeeper是典型的分布式数据一致性解决方案。设计理念是将复杂且容易出错的分布式一致性服务封装起来，构成一个高效可靠的原语集，并以一系列简单易用的接口提供给用户使用。

五、ZooKeeper的设计目标？

• 简单的数据模型
• 可以构建ZooKeeper集群
• 顺序访问
• 高性能

六、ZooKeeper的特性？

• 顺序一致性
• 原子性
• 单一视图
• 可靠性
• 实时性

七、ZAB协议

那么ZooKeeper是如何做到对外提供这种分布式协调服务的呢？这得益于ZooKeeper采用的ZAB协议，ZAB（即ZooKeeper Atomic Broadcast---ZooKeeper原子消息广播协议）是分布式一致性协议的一种，是为ZooKeeper专门设计的一种支持崩溃恢复的原子广播协议。ZAB协议包括两种模式：崩溃恢复&消息广播。

服务器框架刚启动时，或Leader服务器出现网络中断、崩溃退出、重启等异常时，ZooKeeper服务器集群会进

入崩溃恢复模式。当选举产生了新的Leader服务器，同时集群中有过半的机器与Leader服务器完成状态同步

后，进入消息广播。

   ZAB协议的核心是定义了对于那些会改变ZooKeeper服务器数据状态的事务请求的处理方式。

   关于ZAB协议是如何工作的，我打算重新写一篇博文。

八、小结

其实我很想把自己学习过程中慢慢领悟的过程写出来，但是写完之后发现也说得不是很清楚，ZooKeeper还是需要在一些项目的实践中去体会的，纸上得来终觉浅。