ZooKeeper 是一个开源的分布式协调服务，专门为分布式系统提供高效、可靠的协同管理功能。它通过简单的接口和高效的设计，帮助开发者解决分布式环境中的常见问题，如配置管理、服务注册与发现、分布式锁、集群选举等。ZooKeeper 以其高可靠性、高性能、高可用等特点，在分布式系统中扮演着至关重要的角色。
一、ZooKeeper 的核心概念与功能
1. 数据模型（Znode）
ZooKeeper 的数据结构类似文件系统的树形目录，每个节点称为 Znode。Znode 可以存储少量数据（默认不超过 1MB），并分为以下几种类型：
- 持久节点：手动创建和删除，长期存在。
- 临时节点：与客户端会话绑定，会话结束自动删除（常用于服务注册）。
- 顺序节点：节点名自动附加全局唯一递增序号（如 /lock-0000000001）。
2. Watcher 监听机制
客户端可以监听 Znode 的变化（如数据更新、子节点增减），当事件触发时，ZooKeeper 会实时通知客户端，实现分布式系统的动态感知。
3. 一致性保证
ZooKeeper 基于 ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）协议，确保集群中所有节点的数据强一致性：
- 所有写操作由 Leader 节点协调，通过多数节点（Quorum）确认后生效。
- 读操作可直接从任意节点获取数据，保证高吞吐。
4. 高可用性
ZooKeeper 集群通常由多个节点（建议奇数个，如 3、5 个）组成，只要半数以上节点存活，服务即可正常运行。
二、ZooKeeper 的典型应用场景
1. 配置管理
将系统的配置信息（如数据库地址）存储在 Znode 中，所有服务监听该节点，配置变更时自动同步。
2. 服务注册与发现
服务启动时注册信息到 ZooKeeper，服务停止时自动注销，客户端通过 ZooKeeper 发现服务并进行调用。
3. 分布式锁
通过临时顺序节点实现互斥锁或读写锁，保障资源访问安全。
4. 集群管理
监控和管理分布式应用的节点状态，实现动态扩容或缩减。
5. 领导选举
确保集群中只有一个活跃的主节点，用于任务调度或负载均衡。
三、ZooKeeper 与 Kafka 的协作关系
ZooKeeper 和 Kafka 是分布式系统中经典的黄金搭档。ZooKeeper 为 Kafka 集群提供核心的协调服务，保障其高可用性和一致性。以下是两者结合使用的关键点及生产实践总结：
1. ZooKeeper 在 Kafka 中的核心作用
- 集群元数据管理：存储 Kafka 集群的元数据，包括 Broker 注册信息、控制器选举、消费者组管理等。
- 动态配置同步：通过 ZooKeeper 管理集群动态配置，实现配置变更实时同步至所有 Broker。
2. 典型使用场景及生产实践
- Kafka 集群部署依赖 ZooKeeper：Zookeeper 需以集群形式（至少 3 节点）部署，保障高可用。Kafka 配置文件中需指定 ZooKeeper 连接地址。
- 控制器选举：通过 ZooKeeper 的临时节点选举集群唯一控制器，负责分区 Leader 选举和副本管理。
- 消费者组管理：Kafka 2.8.0 版本之前，消费者组的偏移量存储在 ZooKeeper 中；2.8.0 版本之后已迁移至 Kafka 内部主题。
四、总结
ZooKeeper 作为分布式系统中的核心协调神器，能够有效解决集群协作难题。它提供了简单易用的 API，支持多种编程语言，广泛应用于各种大规模分布式系统中。掌握 ZooKeeper 的核心概念和应用场景，对于开发者来说具有重要意义。