一.zookeeper是幹什麼的？
zookeeper是一個分佈式協調框架，其內部主要提供了兩個功能
- 文件系統
- 通知機制
通過以上兩個功能，zookeeper可以爲我們的分佈式服務提供一下幾個功能
- 命名服務
- 配置管理
- 隊列管理
- 分佈式鎖
- 集羣管理
換句話說就是說zookeeper通過文件系統與通知機制爲我們的分佈式系統實現了以上五個功能
二.zookeeper的文件系統
zookeeper的文件系統我們可以理解爲在自己電腦上創建文件夾，與電腦上創建的文件夾不同的是，zookeeper的文件夾是可以存儲數據的（最多可以存儲1M大小的數據） 每個文件夾我們稱之爲znode 這種節點是不可以重複的;
znode 也就是zookeeper的節點一共有四種類型的節點
- 臨時有序
- 臨時無序
- 持久有序
- 持久無序
解釋1：臨時與持久
首先我們要知道zookeeper總體上分爲兩個部分，服務端與客戶端，建立節點的命令是客戶端與服務端連接，然後在服務端中建立節點，我們上面所說的功能都是服務端的功能，客戶端的作用可以理解爲向服務端發送命令的作用。
理解了上面的話，我們應該知道 客戶端需要與服務端建立連接，所謂臨時節點 就是說我們客戶端與服務端創建連接的時候 調用創建臨時節點的方法 當客戶端與服務端的連接斷開的時候，這個客戶端創建的臨時節點就會消失，反之持久節點就是當客戶端與服務端斷開連接後，節點還存在。
解釋2：有序與無序
假設現在zookeeper現存的目錄的結構如下
root ->p1 ->p2 ->p3 ->p4 ->pa1 ->pa2
如果我們現在先建立一個無序節點（有序無序均可）,路徑是root/p1/t
那麼現在zookeeper的節點的結構就是
root ->p1 ->t ->p2 ->p3 ->p4 ->pa1 ->pa2
因爲我們是創建的無序節點，這時候如果在創建路徑是root/p1/t的節點，就會創建失敗，反之如果創建的有序節點，那麼即使路徑是root/p1/t 我們仍然可以創建成功，這時候zookeeper會自動爲我們創建的節點後面追加編號 先創建的節點的名字就是root/p1/t00001 後創建的是root/p1/t00002(00001與00002是爲了便於理解而我自己加的 實際上不一定是這個數字 但是理論是一樣的)
客戶端創建節點額構造函數的參數：路徑，數據，權限，節點類型（上面的四個）
至此zookeeper的文件系統的基本原理就基本完畢了
三.通知機制
客戶端註冊監聽自己關心的目錄節點，當註冊的節點發生變化的時候（數據變動，子目錄節點增加 刪除等）客戶端就會收到通知，客戶端可以獲取變動的詳細信息，所以就可以進行相應的處理了
四.zookeeper在分佈式系統中的應用
4.1 命名服務
因爲zookeeper的目錄的路徑是唯一的，所以就可以保證命名是不會衝突的，即可以做服務發現
4.2 配置管理
因爲zookeeper的節點可以存儲數據，所以我們可以把配置相關的數據存儲在zookeeper的節點中，然後客戶端利用zookeeper的通知機制首次啓動時獲取節點中的數據，其次如果節點中的配置信息變動，就會通知監聽這個節點的客戶端，客戶端就會獲取最新的配置
4.3 集羣管理
集羣管理主要有兩點，一是否有機器加入或者退出，而master選舉
對於1 我們可以讓機器連接後就創建臨時節點，當機器斷開連接的時候，臨時節點就會被刪除，這樣其他的機器監聽這個臨時節點的父節點，有變化的時候就會通知。
4.4 隊列管理
隊列管理主要有兩點：一個是同步隊列怎麼實現，另一個是如何實現先進先出（FIFO）
同步隊列：只有當全部成員都到齊是，隊列纔可以用
zookeeper 對於同步隊列的實現就是在目錄下創建臨時節點，然後監聽節點數目是否滿足要求，當滿足要求的時候纔可以用
對於第二點我們只需要給節點編號，然後取節點編號最小的數據
總上所述：在目錄下創建臨時有序節點然後客戶端監聽這個目錄中節點的數目，節點編號最小的開始出隊即可實現隊列管理
4.5 分佈式鎖
分佈式鎖主要有兩種，排他鎖與共享鎖
對於排他鎖：所有客戶端都去創建臨時無序節點a,創建成功的獲取共享鎖；
對於共享鎖：所有客戶端都去創建臨時有序節點a,編號最小的獲取鎖；其他的節點監聽前一個編號的節點是否存在，不存在的時候本節點即獲取鎖
五.zookeeper集羣的角色
上面所說的都是單服務器的例子，加入我們的服務器很多，就不可能僅僅使用一臺zookeeper服務器，這時候就需要搭建zookeeper服務器集羣
zookeeper的角色一共有三種
- leader:負責投票的發起和決議 更新
- follower：接受客戶端的請求並返回結果，參與leader選舉過程
- observer：不參與leader選舉過程，不參與過半寫成功策略，爲了提高讀取效率（話句話說只可以讀數據）
大概瞭解以上信息接下來我們講講分佈式與數據複製（上面一些術語會在下面解釋）
六.分佈式與數據複製
6.1 數據複製的好處
- 容錯：一個zookeeper服務器掛掉，其他的服務器還可以用
- 可擴展：可以動態的增加節點，提高整體的負載能力
- 提高性能：可以直接訪問距離客戶端租最近的節點
6.2 數據複製的方式
一般來說數據複製有兩種方式：
- 寫主：寫特定的節點
- 寫任意：數據的修改可以任意的節點
zookeeper採用寫任意的策略：原因 可擴展性和吞吐率特別高，機器增加的時候吞吐量不會下降；
6.3 zookeeper的同步流程
- leader選舉成功後開始進行同步流程
- leader與follwer連接，各個follower向leader發送自己最大的事務id zxid
- leader根據zxid確定同步點
- 完成同步後，會通知follower，狀態變爲uptodata了
- follower收到uptodata這個狀態後就知道已經同步完成了，就又可以爲客戶端提供服務了
七.zookeeper的工作原理
原理就是原子廣播：
保證各個server之間的同步，同步時候使用zab協議
zab協議主要又兩個模式：同步模式（數據複製）與恢復模式（重新選舉leader）
爲了保證事務的一致性，zookeeper使用遞增的失事務id 共64位，前32位是標識這個事務是在哪個leader下的事務，後32爲用來遞增
所謂事務 就是每一次會影響服務端狀態改變的操作：節點的創建與刪除，數據更新session失敗
八.zookeeper的三種狀態
客戶端獲取連接後：服務端返回給客戶端的狀態：
- looking 當前服務器不知道誰是leader
- leading 當前的服務器就是leader
- following 當前服務器集羣又leader 但是本服務器不是leader 是follower
九.zookeeper的leader選舉流程
幾個概念：
- 服務器id 越大權重越大
- 事務id zxid 數值越大 權重越大
- 邏輯始終 投票次數
- 選舉狀態 looking leading following
選舉流程：
每次都選投自己，然後廣播給其他server zookeeper集羣的個數需要時單數，便於leader選舉
假設現在又五個zookeeper服務器 ABCDE
A啓動----->投票給自己----->廣播----->接受BC的廣播—>c的機器id大投給C
B啓動----->投票給自己---->廣播------>接受AC的廣播—>c的機器id大投給C
C啓動----->投票給自己----->廣播----->接受AB的廣播—>c的機器id大投給C
因爲已經投給C的已經超過半數了，所以DE的就無所謂了，C就是leader了