ZooKeeper 技术内幕：系统模型
2016-01-23
概要
几个问题：
- ZK 中数据是如何存储的？最小存储单元？
- 每个存储单元，内部存储了哪些信息？
- 每个节点，有版本的概念吗？版本用来解决什么问题？
- Watcher 机制，如何实现的？
- 权限 ACL 如何实现？有什么作用？
具体来说：
- 数据模型：由节点构成
- 节点特性：节点内部存储的信息
- 版本：存储在 Session 和 节点上？解决什么问题？
- 权限控制：ACL？控制 Session 的权限？
数据模型
数据节点
ZooKeeper 上记录信息，都是以「数据节点」（ZNode）为最小单元存储的：
- ZNode 是数据存储最小单元
- ZNode 既可以存储数据，也可以挂载子节点，形成「节点树」结构
每个 ZNode 都有生命周期，根据生命周期不同，ZNode 可以划分为：
- 持久节点（Persistent）：创建之后，需要主动删除
- 临时节点（Ephemeral）：跟客户端的 Session 生命周期一致，只能作为叶子节点
- 持久顺序节点（Persistent Sequential）
- 临时顺序节点（Ephemeral Sequential）
关于顺序节点：
顺序节点，父节点会维护第一级子节点的创建顺序- 顺序节点实现方式：父节点自动为子节点名添加数字后缀，作为新的、完整的名字
- 同一级顺序节点的个数，有上限：整型的最大值。
关于临时节点：
- 跟客户端的 Session 生命周期一致；
- Client Session 失效，则临时节点会自动清除；
- Session 失效，并不是指 TCP 连接断开；
- 临时节点，不能包含子节点，只能为叶子节点。
数据节点，存储的信息：
- 数据信息
- 节点自身状态信息
节点中存储的具体信息：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /zk_test
哈哈哈
cZxid = 0x2
ctime = Tue Jan 24 16:39:15 CST 2017
mZxid = 0x2
mtime = Tue Jan 24 16:39:15 CST 2017
pZxid = 0x2
cversion = 0
dataVersion = 0
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 9
numChildren = 0
其中，包含几类信息：
- 当前节点创建和修改：创建、修改的
时间和事务； - 当前节点版本号：
数据版本、ACL 版本 - 子节点个数、子节点列表变更：子节点个数变更和子节点列表变更的
事务 - 子节点版本号：子节点的
数据版本 - 临时节点的 Session ID：创建临时节点的
ephemeralOwner
事务
事务：
- ZK中，事务操作，是指：能够
改变ZooKeeper服务器状态的操作 - 事务操作，包含：
- 创建 ZNode
- 删除 ZNode
- 修改 ZNode 上的数据
- Session 的创建
- Session 的失效
- ZK中，每个事务请求，ZK 都会为其分配一个全局唯一的事务ID，ZXID，64位数字。
- 通过 ZXID，表示事务的全局顺序。
思考：
- 事务的 ZXID 是怎么分配的？
- 如何保证事务的时序性？（顺序执行）
特别说明：事务是跟 ZK 中服务器角色相关的，ZK 服务器角色有 3 种：Leader、Follower、Observer，其中，所有的事务操作都会被转发给 Leader，由 Leader 执行事务，完成 ZK 状态的变更。
Note：
事务请求转发只发生在 Leader 跟 Follower/Observer 之间，不会发生在 Leader 跟 Client 之间。
事务请求的详细处理过程：
- 一个事务为一个单位，以原子方式操作，需要保证同时变更
节点数据和节点版本号，保证事务之间相互隔离； - ZK 中事务操作，没有回滚机制；但 Leader 跟 Follower 之间，有 Truncate 机制，当 Follower 的事务执行，比 Leader 新时，Leader 会发送 TRUNC 命令，让 Follower 截断事务；ZK 中，事务采取 2PC 策略，先写事务日志，然后发起 Proposal 投票，最后，听 Leader 号令 commit 事务。
- 事务执行的顺序性：统一 Leader 执行所有的事务操作，并且 Leader 上，启用
单线程执行所有事务，保证事务顺序；最近 ZK 增加了多线程的支持，提高事务处理的速度。 - ZK 中事务，具有幂等性：同一个事务，执行多次，得到结果相同；多个事务，保证同一执行顺序，执行结果相同；
- Leader 为每一个事务请求，分配 ZXID，保证不同 ZXID 有序
- ZK Leader 选举过程中，通过交换 ZXID 判断，哪个 Follower 的数据最新
- ZXID 为 long 型（64位）整数，2 部分（每个32位）：时间戳（epoch） + 计数器（counter）
- Leader 选举，会产生新的 epoch（自增）
- 同一个 Leader 生成的 ZXID，epoch 相同，counter 自增
思考：
ZK 集群中，事务 ID，ZXID 是由 Leader 分配的，同时，所有的事务，都是由 Leader 执行的吗？
会话
客户端会话（Session）：ZK Client 与 ZK Server 之间，创建并保持 TCP 连接，即创建了一个 Session。 Session 跟下面几点，息息相关：
- 临时节点的生命周期
- 客户端请求的顺序执行
- Watcher 通知机制
Session 在整个运行过程中，会在不同状态之间切换，即：Session 有一个状态转移图。
参考来源
原文地址：https://ningg.top/zookeeper-lesson-1-system-model/