漫画：什么是 ZooKeeper？

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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：

ZooKeeper Service 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：