ZooKeeper

ZooKeeper 核心原理

1. 数据模型：
   1. ZNode：树形结构中的节点，存储数据（<=1MB）
   2. 节点类型
      1. 持久节点：手动删除
      2. 临时节点：会话结束自动删除
      3. 顺序节点：名称追加单调递增序号
   3. 版本号：每个 ZNode 有版本号， 用于 CAS操作
2. 架构与角色：
   1. Leader：处理写请求，发起提案
   2. Follower：参与选举，处理读请求
   3. Observer：拓展读性能，不参与选举
3. ZAB 协议（ZooKeeper Atomic Broadcast）
   1. 恢复模式：选举 Leader （基于 zxid 和 myid，半数以上投票）
   2. 广播模式：Leader 提出事物，半数以上 Follower 确认后提交
4. 一致性保护：
   1. 顺序一致性（客户端操作按顺序执行）
   2. 原子性（事物要么全成功要么全失败）
   3. 最终一致性（读请求可能返回旧值，但最终同步）
5. Watch 机制：
   1. 客户端监听 ZNode 变化（如节点删除，数据更新）
   2. 一次性触发，需要重新注册
   3. 异步通知，可能存在延迟或丢失

典型应用场景

• 分布式锁：通过临时顺序节点实现，避免惊群效应
• 配置管理：集中存储配置，客户端监听变更
• 服务注册与发现：临时节点表示服务实例在线状态
• 选主（Leader Election）：最小序号节点成为 Master
• 分布式队列：顺序节点实现生产消费模型

重要知识点

1. ZooKeeper 如何保证数据一致性？
   • 答：通过 ZAB 协议，写操作需要半数以上节点确认，保证顺序一致性和原子性。读请求可能来自任意节点（可能读到旧数据），但可通过 sync 操作强制读取最新值。
2. 临时节点的作用时什么？
   • 答：临时节点在会话结束后自动删除，常用于服务注册（服务下线自动清除）和分布式锁（客户端崩溃自动释放锁）。
3. 如何处理脑裂问题？
   • 答：ZAB 协议要求写操作必须由 Leader 发起，且需要半数以上节点确认。网络分区时，仅拥有多数节点的分区能选举 Leader，另一个分区无法写入，避免数据不一致。
4. Watcher 机制有哪些主要事项？
   • 答：一次性触发、通知可能延迟、需要处理事件丢失（如 Watch 注册期间发生变更）。需在回调中重新注册 Watcher。
5. Leader 选举过程是怎样的？
   • 答：节点启动时进入选举状态，投票优先给 zxid 最大的节点，zxid 相同则选 myid 更大的。获得半数以上投票的节点成为 Leader。
6. 如何实现分布式锁？
   • 答：客户端创建临时顺序节点，检查是否为最小序号节点。若是则获得锁；否则监听前一个节点的删除事件，使用 exists() +Watcher 避免轮询。

性能与优化

• 写性能：依赖半数以上节点确认，建议集群节点数为奇数（如3、5）。
• 读性能：可直接从本地节点读取，高吞吐。
• 快照与日志：定期生成快照（snapshot）和事务日志（txn log），加速恢复。

配置与运维

• 会话超时：tickTime 为基本时间单位，sessionTimeout 建议2-20倍tickTime 。
• 数据持久化：事务日志和快照存储于dataDir 和dataLogDir 。
• ACL 控制：支持IP、Digest等多种认证方式，精细化权限管理。