1.Zookeeper是什么？
ZooKeeper是一种用于分布式应用程序的分布式开源协调服务。意思就是，比如几个人想要协商一件事情，就需要一个协商平台来帮助他们完成，比如投票选举leader，那得有个选举桌吧，每个人得发几张选举票吧，Zookeeper就是把“基础设施”的活儿给干了，让开发者的精力只放在“协调”上。
2.设计目标
ZooKeeper很简单。（可以理解为轻量级文件目录服务）
ZooKeeper允许分布式进程通过共享的分层命名空间相互协调，该命名空间的组织方式与标准文件系统类似。名称空间由数据寄存器组成 - 在ZooKeeper用语中称为znodes - 这些与文件和目录类似。与专为存储而设计的典型文件系统不同，ZooKeeper数据保存在内存中，这意味着ZooKeeper可以实现高吞吐量和低延迟数量。
高性能
ZooKeeper实现非常重视高性能，高可用性，严格有序的访问。ZooKeeper的性能方面意味着它可以在大型分布式系统中使用。可靠性方面使其不会成为单点故障。严格的排序意味着可以在客户端实现复杂的同步原语。
数据同步
与它协调的分布式进程一样，ZooKeeper本身也可以在称为集合的一组主机上进行数据同步。
组成ZooKeeper服务的服务器必须彼此了解。它们维护内存中的状态图像，以及持久化存储中的事务日志和快照。只要大多数服务器可用，ZooKeeper服务就可用。
客户端连接到单个ZooKeeper服务器。客户端维护TCP连接，通过该连接发送请求，获取响应，获取监视事件以及发送心跳。如果与服务器的TCP连接中断，则客户端将连接到其他服务器。
有序
ZooKeeper使用反映所有ZooKeeper事务顺序的数字标记每个更新。后续操作可以使用该顺序来实现更高级别的抽象，例如同步原语。
快
它在“读取主导”工作负载中特别快。ZooKeeper应用程序在数千台计算机上运行，并且在读取比写入更常见的情况下表现最佳，比率大约为10：1。
3.数据模型和分层命名空间
ZooKeeper提供的名称空间非常类似于标准文件系统。名称是由斜杠（/）分隔的路径元素序列。ZooKeeper名称空间中的每个节点都由路径标识。
4.节点和临时节点
与标准文件系统不同，ZooKeeper命名空间中的每个节点都可以包含与之关联的数据以及子项。这就像拥有一个允许文件也是目录的文件系统。（ZooKeeper旨在存储协调数据：状态信息，配置，位置信息等，因此存储在每个节点的数据通常很小，在字节到千字节范围内。）我们使用术语znode来说明我们正在谈论ZooKeeper数据节点。具体意思下图可以解释，这里也通过命令解释一下，比如，set /week 123,意思就是我在目录/week上存放了123，当我get /week的时候，就可以取到123。在这个基础之上，我还可以 set /week/temp 456，然后get /week/temp 也可以得到456，就是一个节点即是目录，也是Map的一个Key。自己实现的话也很简单，树+HashMap。
Znodes维护一个stat结构，其中包括数据更改，ACL更改和时间戳的版本号，以允许缓存验证和协调更新。每次znode的数据更改时，版本号都会增加。而每当客户端检索数据时，它也接收数据的版本，从而返回相对应的信息。自己去设计实现的话，就是搞一个线程安全的队列。
存储在命名空间中每个znode的数据以原子方式读取和写入。读取获取与znode关联的所有数据字节，写入替换所有数据。每个节点都有一个访问控制列表（ACL），限制谁可以做什么。
ZooKeeper也有临时节点的概念。只要创建znode的会话处于活动状态，就会存在这些znode。会话结束时，znode将被删除。
5.有条件的更新和watch机制
ZooKeeper支持watch的概念。客户端可以在znode上设置watch监视。当znode更改时，将触发并删除watch(注意这里是触发并删除，也就说watch的监听只会生效一次，要实现永久监听，要实现反复注册，这个业务很多开源的java客户端都有封装)。触发监视时，客户端会收到一个数据包，指出znode已更改。如果客户端与其中一个ZooKeeper服务器之间的连接中断，则客户端将收到本地通知。
6.担保
ZooKeeper非常快速而且非常简单。但是，由于其目标是构建更复杂的服务（如同步）的基础，因此它提供了一系列保证。这些是：
- 顺序一致性 - 客户端的更新将按发送顺序应用。
- 原子性 - 更新成功或失败。没有部分结果。
- 单系统映像 -无论服务器连接到哪个服务器，客户端都将看到相同的服务视图。
- 可靠性 - 一旦应用了更新，它将从那时起持续到客户端覆盖更新。
- 及时性 -系统的客户视图保证在特定时间范围内是最新的。
7.简单的原始API
ZooKeeper的设计目标之一是提供一个非常简单的编程接口。因此，它仅支持以下操作：
- create：在树中的某个位置创建一个节点
- delete：删除节点
- exists：测试某个位置是否存在节点
- get data：从节点读取数据
- set data：将数据写入节点
- get children：检索节点的子节点列表
- sync：等待传播数据
8.应用
除请求处理器外，构成ZooKeeper服务的每个服务器都复制其自己的每个组件的副本。
复制数据库是包含整个数据树的内存数据库。更新将记录到磁盘以获得可恢复性，并且写入在应用于内存数据库之前会序列化到磁盘。
每个ZooKeeper服务器都为客户端提供服务。客户端只连接到一台服务器以提交请求。读取请求由每个服务器数据库的本地副本提供服务。更改服务状态，写请求的请求由协议协议处理。
作为协议协议的一部分，来自客户端的所有写入请求都被转发到称为leader的单个服务器。其余的ZooKeeper服务器（称为follower）接收来自leader的消息提议并同意消息传递。消息传递层负责替换失败的leader并将follower与leader同步。
ZooKeeper使用自定义原子消息传递协议。由于消息传递层是原子的，因此ZooKeeper可以保证本地副本永远不会发散。当leader收到写入请求时，它会计算应用写入时系统的状态，并将其转换为捕获此新状态的事务。