ZooKeeper 詳細介紹、部署與使用

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1. 概述 & 核心介紹

1.1 什么是 ZooKeeper？

Apache ZooKeeper 是一個開源的分布式協調服務，由 Apache 軟件基金會托管。它旨在為分布式應用提供一個高性能、高可用且具有嚴格順序訪問控制能力的分布式配置管理、同步和命名注冊服務。

1.2 核心特性

• 順序一致性 (Sequential Consistency)： 來自客戶端的更新將按照其發送的順序被應用。
• 原子性 (Atomicity)： 更新要么成功，要么失敗，沒有中間狀態。
• 單一系統映像 (Single System Image)： 無論客戶端連接到哪個服務器，它都將看到相同的服務視圖。
• 可靠性 (Reliability)： 一旦一個更新被應用，它將從那時起一直保持，直到被下一個更新覆蓋。
• 及時性 (Timeliness)： 確保客戶端的視圖在特定時間范圍內是最新的。

1.3 核心概念

• 集群模式 (Cluster Mode)： ZooKeeper 通常以復制模式 (Replicated Mode) 部署，即一個由多個節點（奇數個，如 3, 5, 7…）組成的集群，稱為一個 Ensemble。這是生產環境的標準部署方式，提供高可用性。
• 領導者選舉 (Leader Election)： 集群啟動時，所有節點會通過投票選舉出一個 Leader，其余節點成為 Follower。所有寫請求都必須由 Leader 處理，讀請求可以由任何節點處理。
• ZNode： ZooKeeper 數據模型中的數據節點，類似于文件系統中的文件和目錄。它構成了一個層次化的命名空間（樹狀結構）。
  • 持久節點 (PERSISTENT)： 創建后即使客戶端斷開連接也會一直存在。
  • 臨時節點 (EPHEMERAL)： 客戶端會話有效時存在，會話結束則節點自動刪除。常用于實現服務發現和領導者選舉。
  • 順序節點 (SEQUENTIAL)： 節點名后會附加一個單調遞增的計數器。可用于實現分布式鎖和隊列。
  • （節點類型可組合，如 PERSISTENT_SEQUENTIAL）
• 會話 (Session)： 客戶端與服務器端建立一個 TCP 長連接，并通過此連接進行心跳檢測。會話有超時時間 (sessionTimeout)。
• Watcher (監聽器)： 客戶端可以在 ZNode 上設置監聽。當該 ZNode 發生變化（數據變更、子節點增減等）時，ZooKeeper 會向客戶端發送一個一次性通知。這是 ZooKeeper 實現分布式協調的核心機制。

1.4 典型應用場景

• 配置管理： 將公共配置（如數據庫URL、特性開關）存儲在 ZNode 中，所有應用監聽其變化，實現配置的集中管理和動態更新。
• 分布式鎖： 利用臨時順序節點和 Watcher 機制實現排他鎖和共享鎖。
• 服務發現： 服務提供者啟動時在特定路徑下創建臨時節點，服務消費者監聽該路徑，從而動態感知服務的上線和下線。
• 領導者選舉： 多個候選者嘗試創建同一個臨時節點，成功者即為 Leader，其他候選者監聽該節點，一旦 Leader 宕機（會話失效），節點刪除，其他候選者重新競爭。
• 命名服務 (Naming Service)： 通過樹形結構全局唯一地命名資源。
• 集群管理： 監控節點的存活狀態。

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2. 部署 (以 3 節點集群為例)

2.1 環境準備

• 服務器: 3臺 Linux 主機 (CentOS 7/8, Ubuntu 18.04+)
  • zk-node1 (IP: 192.168.1.101)
  • zk-node2 (IP: 192.168.1.102)
  • zk-node3 (IP: 192.168.1.103)
• 軟件依賴: Java 8 或 Java 11 (推薦 LTS 版本)
• 用戶: 建議創建一個專用用戶，如 zookeeper。

2.2 安裝步驟 (在所有節點執行)

1. 創建用戶和組

sudo groupadd zookeeper
sudo useradd -g zookeeper zookeeper
sudo passwd zookeeper # 設置密碼，用于運維登錄（可選，也可用密鑰）

2. 安裝 Java

# CentOS
sudo yum install -y java-11-openjdk-devel# Ubuntu
sudo apt update && sudo apt install -y openjdk-11-jdk# 驗證安裝
java -version