注册中心篇(七):Zookeeper 简介和使用入门


Apache-zookeeper-installation

基本介绍

前面我们介绍了基于 Go 语言编写的、通过 Raft 算法实现分布式一致性的注册中心 Consul 和 Etcd,在 Go 语言微服务生态中,当然优先推荐使用这两个注册中心,不过,学院君还是要给大家介绍一个更老牌的,基于 ZAB 协议的 Zookeeper。关于 Zookeeper 其实我在前面的分布式入门系列中已经介绍过:

这里简单回顾下,ZooKeeper 由雅虎(这个层级的互联网霸主已经随着岁月烟消云散)开发并开源,用来实现分布式协调服务,使用 Java 语言开发,是 Google Chubby 的开源实现。

Zookeeper 也没有基于 Paxos 算法(现代分布式系统的算法基础,可以参考这篇分享了解:大名鼎鼎的Paxos算法),而是基于其变种 ZAB 算法,其基本实现思路和 Paxos/Raft 类似,都有 Leader 和 Follower 的概念,以及选举和数据同步机制。不过,ZAB 的设计目标是构建高可用的分布式数据主备系统,而 Paxos 算法则用于构建一个分布式的一致性状态机系统。

ZooKeeper 是一个典型的分布式数据一致性的解决方案,为分布式应用提供了高效且可靠的分布式协调服务,提供了诸如统一命名服务、配置管理和分布式锁等分布式的基础服务,分布式应用程序可以基于它实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master 选举、分布式锁和分布式队列等功能。

Zookeeper 提供基于类似文件系统的目录节点树的方式来实现数据存储:

Zookeeper 目录节点树

每个子目录项如 NameService 都被称作为 znode,这个 znode 是被它所在的路径唯一标识,如 Server1 这个 znode 的标识为 /NameService/Server1,znode 可以有子节点目录,并且每个 znode 可以存储数据并且可以对应多个版本,znode 可以被监控,包括这个目录节点中存储的数据的修改,子节点目录的变化等,一旦变化可以通知设置监控的客户端,这个是 Zookeeper 的核心特性,也正是基于这一特性,我们可以将其作为注册中心实现服务注册和发现,比如阿里巴巴开源的分布式服务框架 Dubbo 默认就推荐基于 Zookeeper 作为注册中心。

更多关于 Zookeeper 的底层实现,可以通过上面列出的分享链接去查看,后面介绍分布式开发的时候还会深入探讨,这里我们把视线移回到基于 Go Micro 框架的微服务开发上来。

与 Consul、Etcd 相比,由于 Zookeeper 基于 Java 开发,要使用 Zookeeper 作为注册中心的话,需要安装 Java 运行时环境,此外,Zookeeper 需要胖客户端,每个服务节点需要通过对应语言的 SDK 与 Zookeeper 进行通信,如果通过 HTTP API 进行服务注册和发现的话,还要自行维护服务消费者与服务提供者之间的健康检查。显然,相较于 Consul 和 Etcd 增加了实现的复杂度和额外的维护成本。

安装使用

下面我们在本地安装单机版的 Zookeeper 并测试其基本命令和使用。

前面我们说过,Zookeeper 基于 Java 语言编写,要安装运行它,首先需要在本地安装 Java 运行环境并设置相应的系统环境变量,关于这一块大家可以自行在网上搜索,这里就不单独介绍了,我这里的 Java 版本是 Java 8:

查看 java 版本

Zookeeper 有两种运行模式:单机模式和集群模式,本篇教程我们先以单机模式安装运行,下一篇再介绍集群模式,和前面介绍的 Consul 和 Etcd 一样,单机模式的 Zookeeper 也是一种特殊模式的集群 —— 只有一台机器的集群。

下面我们以单机模式安装 Zookeeper,我们可以在这里选择对应版本的 Zookeeper 下载,在 MacOS 中还可以通过如下命令快捷安装(这种方式安装的不一定是最新版本,但是测试足够了,这样做的好处是省去了额外的配置工作):

brew install zookeeper

我这里通过这种方式安装的版本是 3.4.13,安装完成后,可以通过 /usr/local/etc/zookeeper/zoo.cfg 查看默认配置:

配置 Zookeeper

我们来简单看下这里的配置项(以下我们将 Zookeeper 简称 ZK):

  • tickTime:ZK 的时间单元,ZK 中所有时间都是以这个时间单元为基础进行整数倍配置。
  • initTime:Follower 在启动过程中,会从 Leader 同步所有最新数据,然后确定自己能够对外服务的起始状态,Leader 允许 Follower 在 initLimit 时间内完成这个工作。
  • syncTime:在运行过程中,Leader 负责与 ZK 集群中所有机器进行通信,例如通过一些心跳检测机制来检测机器的存活状态。如果 Leader 发出心跳包在 syncLimit 之后,还没有从 Follower 那里收到响应,那么就认为这个 Follower 已经不在线了。
  • dataDir:存储快照文件 snapshot 的目录,默认情况下,事务日志也会存储在这里。
  • clientPort:ZK 客户端连接 ZK 服务器的端口,即对外服务端口,默认设置为 2181。
  • maxClientCnxns:单个客户端与单台服务器之间的连接数的限制,是 ip 级别的,默认是 60,如果设置为 0,那么表明不作任何限制。
  • autopurge.purgeInterval:3.4.0 及之后版本,ZK 提供了自动清理事务日志和快照文件的功能,这个参数指定了清理频率,单位是小时,需要配置一个 1 或更大的整数,默认是 0,表示不开启自动清理功能。
  • autopurge.snapRetainCount:这个参数和上面的参数搭配使用,用于指定需要保留的文件数目,默认是保留 3 个。
  • server.x=[hostname]:nnnnn[:nnnnn]:对应上面的伪集群配置,x 是一个数字,与 myid 文件(该文件在 ZK 服务器启动手动创建,保存在 dataDir 配置的目录下,其中只有一个数字,即一个 Server ID)中的 id 是一致的,右边配置的是对应机器的 IP 地址和两个端口,第一个端口用于 Follower 和 Leader 之间的数据同步和其它通信,第二个端口用于 Leader 选举过程中投票通信。

如果是单机运行的话,我们不需要做任何额外配置即可通过如下命令启动 ZK 服务器:

zkServer start

启动 Zookeeper 服务器

当然,我们也可以通过在配置文件 /usr/local/etc/zookeeper/zoo.cfg 中追加如下配置:

server.1=127.0.0.1:2888:3888

然后在 dataDir 配置目录 /usr/local/var/run/zookeeper/data 下创建一个 myid 文件,并且在该文件中添加对应的 Server ID 值 1:

配置 Zookeeper 服务器ID

然后我们重启下 ZK Server:

重启 Zookeeper 服务器

同样启动成功,接下来我们可以基于 Telnet 命令通过 2181 端口连接到本地 ZK 服务器,并执行 stat 指令打印服务端信息:

打印服务端信息

也可以通过 zkCli 命令连接到指定服务器:

连接到指定服务器

接下来,我们就可以在客户端执行指令对指定节点进行增删改查了:

通过指令对指定节点进行增删改查

以上就是 Zookeeper 的安装配置以及客户端与服务端的基本交互指令,下一篇我们将在本地通过构建伪集群,并在 Go Micro 框架中引入 Zookeeper 作为注册中心来实现服务注册与发现,同时介绍 Go 语言如何通过客户端 SDK 与 Zookeeper 服务器集群交互。


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