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ZooKeeper的数据模型
ZooKeeper的数据模型是什么样子呢？它很像数据结构当中的树，也很像文件系统的目录。
树是由节点所组成，ZooKeeper的数据存储也同样是基于节点，这种节点叫做Znode。
但是，不同于树的节点，Znode的引用方式是路径引用，类似于文件路径：
/动物/仓鼠/植物/荷花
这样的层级结构，让每一个Znode节点拥有唯一的路径，就像命名空间一样对不同信息作出清晰的隔离。
data：Znode存储的数据信息。
ACL：记录Znode的访问权限，即哪些人或哪些IP可以访问本节点。
stat：包含Znode的各种元数据，比如事务ID、版本号、时间戳、大小等等。
child：当前节点的子节点引用，类似于二叉树的左孩子右孩子。
这里需要注意一点，ZooKeeper是为读多写少的场景所设计。Znode并不是用来存储大规模业务数据，而是用于存储少量的状态和配置信息，每个节点的数据最大不能超过1MB。
ZooKeeper的基本操作和事件通知
ZooKeeper包含了哪些基本操作呢？这里列举出比较常用的API：
create：创建节点
delete：删除节点
exists：判断节点是否存在
getData：获得一个节点的数据
setData：设置一个节点的数据
getChildren：获取节点下的所有子节点
这其中，exists、getData、getChildren属于读操作。ZooKeeper客户端在请求读操作的时候，可以选择是否设置Watch。
Watch是什么意思呢？
我们可以理解成是注册在特定Znode上的触发器。当这个Znode发生改变，也就是调用了create、delete、setData方法的时候，将会触发Znode上注册的对应事件，请求Watch的客户端会接收到异步通知。
具体交互过程如下：
1.客户端调用getData方法，Watch参数是true。服务端接到请求，返回节点数据，并且在对应的哈希表里插入被Watch的Znode路径，以及Watcher列表。
2.当被Watch的Znode已删除，服务端会查找哈希表，找到该Znode对应的所有Watcher，异步通知客户端，并且删除哈希表中对应的Key-Value。
ZooKeeper的一致性
ZooKeeper的集群长成什么样呢？就像下图这样：
ZooKeeperService集群是一主多从结构。
更新数据时，首先更新到主节点（这里的节点是指服务器，不是Znode），再同步到从节点。
在读取数据时，直接读取任意从节点。
为了保证主从节点的数据一致性，ZooKeeper采用了ZAB协议，这种协议非常类似于一致性算法Paxos和Raft。
在学习ZAB之前，我们需要首先了解ZAB协议所定义的三种节点状态：
Looking：选举状态。
Following：Follower节点（从节点）所处的状态。
Leading：Leader节点（主节点）所处状态。
我们还需要知道最大ZXID的概念：
最大ZXID也就是节点本地的最新事务编号，包含epoch和计数两部分。epoch是纪元的意思，相当于Raft算法选主时候的term。
假如ZooKeeper当前的主节点挂掉了，集群会进行崩溃恢复。ZAB的崩溃恢复分成三个阶段：
1.Leaderelection
选举阶段，此时集群中的节点处于Looking状态。它们会各自向其他节点发起投票，投票当中包含自己的服务器ID和最新事务ID（ZXID）。
接下来，节点会用自身的ZXID和从其他节点接收到的ZXID做比较，如果发现别人家的ZXID比自己大，也就是数据比自己新，那么就重新发起投票，投票给目前已知最大的ZXID所属节点。
每次投票后，服务器都会统计投票数量，判断是否有某个节点得到半数以上的投票。如果存在这样的节点，该节点将会成为准Leader，状态变为Leading。其他节点的状态变为Following。
这就相当于，一群武林高手经过激烈的竞争，选出了武林盟主。
2.Discovery
发现阶段，用于在从节点中发现最新的ZXID和事务日志。或许有人会问：既然Leader被选为主节点，已经是集群里数据最新的了，为什么还要从节点中寻找最新事务呢？
这是为了防止某些意外情况，比如因网络原因在上一阶段产生多个Leader的情况。
所以这一阶段，Leader集思广益，接收所有Follower发来各自的最新epoch值。Leader从中选出最大的epoch，基于此值加1，生成新的epoch分发给各个Follower。
各个Follower收到全新的epoch后，返回ACK给Leader，带上各自最大的ZXID和历史事务日志。Leader选出最大的ZXID，并更新自身历史日志。
3.Synchronization
同步阶段，把Leader刚才收集得到的最新历史事务日志，同步给集群中所有的Follower。只有当半数Follower同步成功，这个准Leader才能成为正式的Leader。
自此，故障恢复正式完成。
什么是Broadcast呢？简单来说，就是Zookeeper常规情况下更新数据的时候，由Leader广播到所有的Follower。其过程如下：
1.客户端发出写入数据请求给任意Follower。
2.Follower把写入数据请求转发给Leader。
3.Leader采用二阶段提交方式，先发送Propose广播给Follower。
4.Follower接到Propose消息，写入日志成功后，返回ACK消息给Leader。
5.Leader接到半数以上ACK消息，返回成功给客户端，并且广播Commit请求给Follower。
ZAB协议既不是强一致性，也不是弱一致性，而是处于两者之间的单调一致性。它依靠事务ID和版本号，保证了数据的更新和读取是有序的。
ZooKeeper的应用
1.分布式锁
这是雅虎研究员设计ZooKeeper的初衷。利用ZooKeeper的临时顺序节点，可以轻松实现分布式锁。
2.服务注册和发现
利用Znode和Watcher，可以实现分布式服务的注册和发现。最著名的应用就是阿里的分布式RPC框架Dubbo。
3.共享配置和状态信息
Redis的分布式解决方案Codis，就利用了ZooKeeper来存放数据路由表和codis-proxy节点的元信息。同时codis-config发起的命令都会通过ZooKeeper同步到各个存活的codis-proxy。
此外，Kafka、HBase、Hadoop也都依靠ZooKeeper同步节点信息，实现高可用。
补充：
ZAB协议相对比较复杂，小灰对此也只是浅层次的理解，有兴趣的小伙伴们可以去官方社区进行进一步学习。
本漫画纯属娱乐，还请大家尽量珍惜当下的工作，切勿模仿小灰的行为哦。声明：本文为作者投稿，首发于个人