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zookeeper三重奏

2016年10月10日

前言(待整理)

基本通信

本小节主要从zookeeper源码角度,分析下zookeeper一些功能点的实现

源码分析,github上已有maven组织的项目(zookeeper使用ant组织的),参见swa19/zookeeperSourceCode

源码的分析参见 llohellohe/zookeeper

客户端

一个比较简单的demo代码

ZooKeeper zk = new ZooKeeper("192.168.3.7:2181", 10000, new Watcher() {
	@Override
	public void process(WatchedEvent event) {
		System.out.println(event.getType() + " happend");
	}
});
zk.create("/lqk", "lqk".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
// 打开对该目录的监控
zk.exists("/lqk", true);
// 创建一个子目录节点
zk.create("/lqk/lqk1", "lqk".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
zk.close();
分层 从上到下接口变化 从上到下数据变化 概述 本层作用
api层 zookeeper,提供给用户的操作对象,提供各种api:create,get,exist string path,byte[] data   提供增删改查监操作api,作为一个操作对象,必须是线程安全的
业务层 ClientCnxn.submitRequest/ClientCnxn.queuePacket RequestHeader,Record, ReplyHeader 包括两个线程子类,SendThead和EventThread。其作用《从paxos到zookeeper》有介绍 1. 通过队列+线程封装异步操作;2. 针对packet中的数据进行有意义的操作
transport 层 ClientCnxnSocket.sendpacket Packet A ClientCnxnSocket does the lower level communication with a socket implementation. 可以是nio、bio。提供packet抽象,负责数据通信
socket层   byte[]    

从上到下是任务分解,从下到上是协议机制的实现。

我以前理解的分层,一方面是网络协议栈那种系统级的;另一方面是简单的理解为解封包,将字节流转换为有意义的model。那么观察这种业务级的zk client,可以看到,业务级分层可以实现更丰富的抽象,比如监听(要有协议数据的支持)、异步机制的实现。

//todo

  1. 客户端watcher的原理
  2. 如何优雅的处理客户端配置
  3. 想使用原生接口一样使用netty

参见ZooKeeper学习之关于Servers和Watches

watch是由read operation设置的一次性触发器,由一个特定operation来触发。为了在server端管理watch,ZK的server端实现了watch manager。一个WatchManager类的实例负责管理当前已被注册的watch列表,并负责触发它们。

在server端触发了一个watch,会传播到client。此类使用server cnxn对象来处理(参见ServerCnxn类),此对象管理client和server的连接并实现了Watcher接口。Watch.process方法序列化了watch event,并通过网络发送出去。client接收到了序列化数据,转换成watch event对象,并传递到应用程序。watch只会保存在内存,不会持久化到硬盘。当client断开与server的连接时,它的所有watch会从内存中清除。因为client的库也会维护一份watch的数据,在重连之后watch数据会再次被同步到server端。

服务端

基本机制

  1. persit机制,所有zk数据,内存 + 硬盘,存储 + 内存/硬盘同步
  2. session机制,zookeeper会为每个client分配一个session,类似于web服务器一样。针对session可以有保存一些关联数据。
  3. watcher机制

此外,因为是多节点的,zookeeper server还要支持leader选举和数据副本一致性的机制。

如何实现watcher机制

总结起来看,监听分为三种情况

  1. 简单的监听,即观察者模式
  2. 异步监听,比如一个异步工作完成后干某事
  3. 跨主机的监听,涉及到io和线程模型的协作

首先,客户端和服务端都会维护一个watcher manager,为什么?因为zookeeper client 与server之间不单纯的交互data数据,也交互watcher event数据(如果注册watcher的话)。

在具体工作流程上,简单地讲,客户端在向zookeeper服务器注册watcher的同时,会将watcher对象存储在客户端的watchmanager中。当发生数据/连接变更

  1. 服务端,data operation trigger watcher manager,具体反应是:向客户端发送通知(网络通信)
  2. 客户端线程从watchmanager中取出对应的watcher对象,反应是:执行回调逻辑。

换句话说:

  1. 客户端watcher manager存储 <event,callback>数据
  2. 服务端watcher manager存储 <path,watcher>数据

说简单点,就是跨主机callback,可以参见本文的callback章节

Curator

Zookeeper committer Patrick 谈到:Guava is to Java what Curator is to Zookeeper

对于client类的api

  1. 操作对象
  2. 操作对象提供的操作方法,以此来观察如何使用某个应用
  3. 操作方法返回的数据对象

从增强手法上讲

guava对java的封装,主要有以下几个方向:

  1. 继承java类功能以增强
  2. 提供独立的工具类以增强

curator对zookeeper的增强则有些不同

  1. CuratorZookeeperClient 直接聚合的原来的zookeeper
  2. 监听事件上,则将zk的事件处理函数和事件对象进行了类似于“继承”的扩展。

     new Watcher(){
          public void process(WatchedEvent watchedEvent){
             CuratorEvent event = xx
             processEvent(event);
          }
     }
    

几个有意思的工具类

RetryLoop ThreadUtils

Spring-Curator

相关博客 Spring and Apache Curator github jdpgrailsdev/spring-curator

One of the thinks to know about the Apache Curator client is that you only need one per instance/ensemble of Apache ZooKeeper. Therefore, using Spring to manage the injection of a Singleton bean into a class that needs access to the client is a perfect fit.