Zookeeper客户端命令、JAVA API、监听原理、写数据原理以及案例

1. Zookeeper节点信息

指定服务端，启动客户端命令：

bin/zkCli.sh -server 服务端主机名:端口号

1）ls / 查看根节点下面的子节点

ls -s / 查看根节点下面的子节点以及根节点详细信息

其中，cZxid是创建节点的事务id，每次修改Zookeeper的状态都会产生一个事务id；

ctime是节点被创建的毫秒数（从1970年开始），这里是zookeeper自带的默认节点，其ctime就是0；mZxid是节点最后被更新的事务id；

mtime是节点最后修改的毫秒数；pZxid是最后更新的子节点的事务id；ephemeralOwner如果是临时节点则表示拥有这个节点的s

ession id，如果不是临时节点则为0；

dataLength是该节点的数据长度；

numChildren是该节点的子节点数量。

2. Zookeeper节点类型

持久节点：客户端和服务端断开连接后，创建的节点不删除

短暂/临时节点：客户端和服务端断开连接后，创建的节点删除

上面两种节点还可以继续分为带序号和不带序号的，如果带序号，节点名称后面会接一个数值，顺序递增，由父节点维护。

创建永久节点：create path "val"

（注意，ls命令后面的路径不能以/结尾，这里跟Linux不一样）

查询节点的值：get -s path

创建带序号的永久节点：create -s path "val"

以相同的路径再次创建同名节点，带序号的节点会自动序号加1，不带序号的节点创建报错

以上是永久节点，退出客户端之后这些节点依然存在

创建临时节点：create -e path "val"

创建带序号的临时节点只需加上-s即可

因为已经有shuguo，weiguo，wuguo，所以新创建的带序号的临时节点的序号为3。

断开客户端之后，上面创建的临时节点wuguo会被删除。

修改节点的值：set path "newVal"

3. 监听原理

监听主要是通过getChildren和getData来实现，表面上是获取节点子节点或者节点数据的方法，但是第二个参数表示是否监听，一般为true（第二个参数也可以传一个自定义的监听器），所以实现了监听，当子节点发生增减或者节点数据发生变化时，就会通知客户端，触发process方法。getChildren和getData是Java API监听方式，稍后介绍，这里先介绍命令行监听。

命令行开启监听节点数据：get -w path

在另一个会话端修改sanguo的节点值，在本端会产生事件通知：

再次在另一个会话端修改sanguo的节点值，在本端不会产生事件通知，因为监听只生效一次，要想再次监听，需要再次注册，即执行get -w path。

监控子节点变化：ls -w path

再另一个会话端创建一个子节点，在本端会产生一个事件通知

节点删除：delete path

删除节点及其下面的子节点：deleteall path

查看节点状态：stat path

4. Java API

添加pom依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.5.7</version>
</dependency>

建立Zookeeper连接：

Zookeeper zk = new Zookeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
    @Override
    public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
    
    }        
})

其中connectString是主机地址，如果有多个主机，用逗号隔开，中间不能有空格。sessionTimeout是超时时间，单位是微秒。第三个参数是监听器，里面一般是根据事件类型以及事件路径来做相应的处理，也可在里面继续调用getChildren或者getData方法实现持续监听。

一旦连接上Zookeeper之后就会调用到process方法，里面一般会根据事件类型来对某个countDownLatch变量进行减1操作，在主线程中会等待这个变量为0，即等待Zookeeper连接上。

创建节点：

String node = zk.create(path, data, ZooDfs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

监控子节点的增删（注册监听）：

List<String> children = zk.getChildren(path, true)

for (String child : children) {
    System.out.println(child);
}

要想验证对子节点增删的监听，首先在java主线程中添加一个睡眠的函数，使其持续运行不至于很快结束，然后在process回调中添加相应的打印代码（比如继续getChildren，打印子节点信息），这样手动去添加节点，会执行到process函数中的打印信息。

判断节点是否存在：

Stat stat = ck.exists(path, false);
System.out.println(stat == null ? "not exist" : "exist");

5. 写数据原理

1）写请求直接发给Leader

其中，只要有半数节点写完，就可以发送ack给客户端，其他没写的服务端稍后再写。

2. 写请求发给Follower

这里也是半数节点写完就发送ack给客户端，所不同的是由接受写请求的Follower发送给客户端，而不是Leader，因为客户端最开始建立连接的是Follower。

6. 服务器动态上下线监听案例

分析：客户端监听服务器的上下线，本质是监听子节点的增删，服务器启动时会去Zookeeper集群注册（临时）子节点，使用的是create操作，而客户端监听则是get操作。注意这里的服务器和客户端对于Zookeeper集群来说都是客户端。

于是，代码主要分两部分，服务器创建子节点和客户端监听子节点。

// 服务器
private Zookeeper zk;

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建本类（服务器类）的对象
    DistributeServer server = new DistributeServer();

    // 建立Zookeeper连接
    server.getConnect()；

    // 注册，即创建子节点
    server.register(args[0]);

    // 服务端业务逻辑（睡觉）
    server.business();
}

private void business() throws Exception {
    Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}

private void register(String hostName) throws Exception {
    String create = zk.create("/servers/" + hostName, hostName.getBytes(), ZooDef.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMRAL_SEQUENTIAL);
    System.out.println(hostName + "is online");
}

private void getConnect() throws Exception {
    zk = new Zookeeper("xxx", 2000, new Watcher() {
        @Override
        public void process(WatchedEvent watchedEvent){
            
        }
    });
}

// 客户端
private Zookeeper zk;

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建本类（服务器类）的对象
    DistributeClient client = new DistributeClient();

    // 建立Zookeeper连接
    client.getConnect()；

    // 注册，即创建子节点
    client.getServerList();

    // 客户端业务逻辑（睡觉）
    client.business();
}

private void business() throws Exception {
    Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}

private void getServerList() throws Exception {
    List<String> children = zk.getChildren("/servers", true);
    
    List<String> servers = new ArrayList<>;
    for (String child : children) {
        byte[] data = zk.getData("/servers/" + child, false, null);
        servers.add(new String(data));
    }

    System.out.println(servers);
}

private void getConnect() throws Exception {
    zk = new Zookeeper("xxx", 2000, new Watcher() {
        @Override
        public void process(WatchedEvent watchedEvent){
               getServerList();
        }
    });
}

验证时，可以先验证客户端功能，服务端可以先用create -e -s 来代替，如果客户端功能ok，再继续验证服务端功能。

7. 分布式锁案例

分析：进程用客户端表示，每个客户端进程会去Zookeeper中创建一个临时带序号的子节点，如果子节点序号最小，则表示获取到锁，否则监听前一个序号更小的节点，持有锁执行完业务之后，会删除节点，表示释放锁，后面的节点/进场即可获取到锁。

private Zookeeper zk;
private String waitPath;
private String currentNode;
private CountDownLatch connectLatch = new CountDownLatch(1);
private CountDownLatch waitLatch = new CountDownLatch(1);

public DistributeClient() throws Exception {
    // 创建本类（服务器类）的对象
    DistributeClient client = new DistributeClient();

    // 建立Zookeeper连接
    getConnect()；

    connectLatch.await();
}


// 加锁，创建临时节点，并判断是否是序号最小的节点，如果是则获取到锁，处理业务，如果不是，则监听前一个序号较小的节点
public void lock() throws Exception {
    // currentNode是全路径名
    String currentNode = zk.create("/locks/seq-", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAGE, CreateMode.EPHEMETAL_SEQUENTIAL);

    List<String> children = zk.getChildren("locks", false);
    if (children.size() == 1) {
        return;
    } else {
        Collections.sort(children);
        
        String thisNode = currentNode.substring("/locks/".length());
        int index = children.indexOf(thisNode);
        if (index == -1) {
            System.out.println("数据异常");
        } else if (index == 0) {
            return;
        } else {
            // 监听前一个节点
            waitPath = "/locks/" + children.get(index -1);
            zk.getData(waitPath, true, null);

            waitLatch.await();
        }
    }
    
}

public void unlock()  throws Exception {
    zk.delete(currentNode, -1);
}

private void getConnect() throws Exception {
    zk = new Zookeeper("xxx", 2000, new Watcher() {
        @Override
        public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
                if (watchedEvent.getType() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
                    connectLatch.countDown();       
                }

                if (watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted && Event.getPath.equals(waitPath)) {
                    waitLatch.countDown();
                }
        }
    });
}

测试步骤：建立两个线程，每个线程起一个客户端去加锁解锁（加日志打印），加锁解锁之间有睡眠，运行这两个线程，可以看到最终只有1个客户端去持有锁

8. Curator框架

上述分布式锁的案例中，有如下缺点：

1）会话印布链接，需要自己使用CountDownLatch处理

2）监听需要重复注册

3）代码较复杂

4）不支持多节点删除与创建
因此引入Curator框架，添加pom依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>4.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>4.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-client</artifactId>
    <version>4.3.0</version>
</dependency>

public static void main(String[] args) {
    // 获取分布式锁1
    InterProcessMutex lock1 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework, "/locks");

    // 获取分布式锁2
    InterProcessMutex lock2 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework, "/locks");

    // 启动两个线程，分别加锁释放锁，该锁可重入
    // 加锁: lock1.acquire(); 释放锁: lock1.release();
}

private static CuratorFramework getCuratorFramework() {
    ExponentialBackoffRetry retry = new ExponentialBackoffRetry(3000, 3);
    
    CuratorFramework client =  CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("xxx").connectionTimeoutMs(2000).sessionTimeoutMs(2000).retryPolicy(retry).build();

    client.start();
    System.out.println("客户端启动成功");

    return client;
}

9. 面试题