掌握Zookeeper，分布式系统实战案例揭秘

引言

Zookeeper 是一个开源的分布式协调服务，它提供了分布式应用中的一致性服务，如配置管理、命名服务、集群管理等。掌握 Zookeeper 对于开发分布式系统至关重要。本文将深入探讨 Zookeeper 的核心概念、架构设计，并通过实战案例揭秘其应用场景和最佳实践。

一、Zookeeper 核心概念

1.1 基本概念

Zookeeper 的核心概念包括：

• Znode：Zookeeper 的数据结构，类似于文件系统中的文件和目录节点。
• 集群：Zookeeper 集群由多个服务器组成，每个服务器负责存储一部分数据。
• 客户端：与 Zookeeper 集群交互的客户端程序。
• 会话：客户端与 Zookeeper 集群建立的连接。
• 事务：Zookeeper 的数据操作都是基于事务的。

1.2 数据模型

Zookeeper 的数据模型采用树形结构，类似于文件系统。每个节点称为 Znode，包含数据和元数据。

二、Zookeeper 架构设计

Zookeeper 采用主从复制架构，包括以下组件：

• Zookeeper 服务器：负责存储数据、处理客户端请求。
• 领导者（Leader）：负责协调集群中的所有服务器。
• 跟随者（Follower）：从领导者同步数据。
• 观察者（Observer）：被动地从领导者接收数据更新。

三、Zookeeper 实战案例

3.1 分布式锁

分布式锁是 Zookeeper 的经典应用场景之一。以下是一个使用 Zookeeper 实现分布式锁的示例代码：

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class DistributedLock {

    private ZooKeeper zk;
    private String lockName;
    private String waitNode;
    private String currentLock;
    private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

    public DistributedLock(ZooKeeper zk, String lockName) {
        this.zk = zk;
        this.lockName = lockName;
        this.waitNode = "/lock" + lockName;
        try {
            Stat stat = zk.exists(waitNode, false);
            if (stat == null) {
                zk.create(waitNode, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            }
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public boolean lock() {
        try {
            String waitNode = this.waitNode + "/" + UUID.randomUUID();
            currentLock = zk.create(waitNode, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
            List<String> subNodes = zk.getChildren(waitNode, false);
            Collections.sort(subNodes);
            if (waitNode.equals(waitNode + "/" + subNodes.get(0))) {
                return true;
            }
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }

    public void unLock() {
        try {
            zk.delete(currentLock, -1);
            System.out.println("释放锁：" + currentLock);
        } catch (InterruptedException | KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void waitLock() throws InterruptedException {
        latch.await();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZooKeeper zk = new ZooKeeper("localhost:2181", 5000, new Watcher() {
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
                latch.countDown();
            }
        });

        DistributedLock lock = new DistributedLock(zk, "lock");
        if (lock.lock()) {
            System.out.println("获取锁：" + lock.currentLock);
            lock.waitLock();
            lock.unLock();
        } else {
            System.out.println("获取锁失败：" + lock.currentLock);
        }
    }
}

3.2 配置管理

Zookeeper 可以用于分布式配置管理。以下是一个使用 Zookeeper 进行配置管理的示例代码：

import org.apache.zookeeper.*;

import java.util.List;

public class ConfigManager {

    private ZooKeeper zk;
    private String configNode;

    public ConfigManager(ZooKeeper zk, String configNode) {
        this.zk = zk;
        this.configNode = configNode;
    }

    public String getConfig() throws KeeperException, InterruptedException {
        List<String> subNodes = zk.getChildren(configNode, false);
        for (String subNode : subNodes) {
            byte[] data = zk.getData(configNode + "/" + subNode, false, null);
            System.out.println(new String(data));
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZooKeeper zk = new ZooKeeper("localhost:2181", 5000, new Watcher() {
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
            }
        });

        ConfigManager manager = new ConfigManager(zk, "/config");
        manager.getConfig();
    }
}

四、总结

本文介绍了 Zookeeper 的核心概念、架构设计以及实战案例。通过学习本文，您可以掌握 Zookeeper 的基本使用方法，并将其应用于分布式系统的开发中。在实际应用中，需要根据具体场景选择合适的 Zookeeper 功能和实现方式。