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Zookeeper使用场景


学 Zookeeper 就是为了用它,接下来我就介绍以下常用的使用场景。

1、数据发布/订阅

1.1、介绍

数据发布/订阅,顾名思义就是发布者将数据发布到 Zookeeper 上,然后供订阅者进行数据订阅和监控,进而实现动态改变和获取数据的目的。

1.2、示例

需求: 当我们部署集群时,需要重复修改每个节点的配置信息,节点少的时候还好,如果多了,并且需要修改频繁的时候就会很浪费时间。此时以数据库连接信息为例,连接信息包括:IP地址,端口号,用户名,密码,数据库名称。

解决: 为解决上述需求,我们可以引入 Zookeeper 作为配置中心,将所有的配置信息都发布到 Zookeeper 上,然后供集群所有节点进行数据订阅和监控,当需要修改配置时,只需修改 Zookeeper 上的数据,就可以触发所有节点进行修改。

设计思路如下:

  1. 创建一个永久节点(mysql)表示为数据库连接信息。
  2. 在 mysql 节点下创建多个子节点,表示IP地址,端口号,用户名,密码,数据库名称。
  3. 所有的客户端都获取 mysql 节点下的子节点信息,并注册监控事件。
  4. 当数据库连接信息有变化时,所有客户端都能被触发,重新执行步骤3。

2、Master选举

2.1、介绍

Master 选举就是从集群中选出一个所谓的 "老大",这里称之为 Master,Master 往往用来协调集群中其他系统单元,具有对分布式系统状态变更的决定权。

2.2、示例

需求: 需要从集群选出一个节点作为主节点 (Master),来处理工作,其他节点作为从节点,当主节点挂掉时,其他节点接着竞选主节点。

解决: 为解决上述需求,我们可以引入 Zookeeper 服务,通过所有节点竞争创建同一个节点(Master),创建成功的为主节点,其他节点只能监控 Master 节点,当 Master 节点被删除时,接着去竞争创建。

设计思路如下:

  1. 创建一个永久节点(App1)表示为App1集群。
  2. 集群中的所有节点都竞争创建名为 Master 的临时节点(这里设计为临时节点的原因是当主节点宕机时,临时节点也就跟着被删除了)。
  3. 创建成功 Master 节点的集群节点就是主节点,处理功能,当然还可以将主节点的一些本地信息存储到 Master 节点中,供监控系统展示主节点信息。
  4. 其他集群节点就对 Master 节点注册监控。
  5. 当Master 节点删除时,其他节点都收到通知,重新执行步骤2。

3、分布式锁

3.1、介绍

分布式锁是控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式。比如你的项目为单体应用是,就可以使用Synchronize 或者 Lock 锁来实现同步访问共享资源。但是如果是分布式应用,多个应用之间如果想同步访问共享资源时 Synchronize 和 Lock 就不管用了,所以就提出了分布式锁的概念。现在实现分布式锁的方式有很多种,比如:Redis,数据库,Zookeeper。这里只说 Zookeeper 实现分布式锁的思路。

3.2、示例

需求: 当一个分布式系统中,需要同步访问共享某一个资源时,怎么才能防止并发问题呢?

解决: 如果理解了上面的 Master 选举的思想,应该就明白 Zookeeper 怎么实现分布式锁了(创建指定节点,创建成功的线程就是获取到锁)。但是如果使用上面的方式实现的话有一个问题,如果现在有成千上百个线程同时获取分布式锁时,就会出现羊群效应

羊群效应: 当并发量比较高时,当线程释放锁时,其他所有的线程都需要抢占锁(即创建锁节点),就会出现大量的创建请求,所以就出现了羊群效应。如何解决羊群效应呢?请看下图:

设计思路如下:

  1. 当线程需要获取锁时,就创建一个节点路径为 lock 的临时有序节点(使用临时节点是为了防止死锁的问题)。
  2. 获取 /MyLock 的子节点列表。
  3. 判断自己创建的节点是否为第一个。
  4. 如果是第一个,说明获取到了锁,执行业务代码。
  5. 如果不是第一个,就对自己的前一个节点注册监控,当前一个节点删除时,就重新执行步骤2。
  6. 当执行完业务代码时,删除自己创建的节点。

这样每次释放锁,就不会让其他所有线程都去抢占锁,只需要让下一个节点去抢占锁就可以了。避免了羊群效应。

注意:上面讲述的是排他锁,只有一个线程能获取到锁。如果想实现读写锁,该怎么进行变形呢?自己可以尝试思考一下。

4、分布式唯一性ID

4.1、介绍

在过去的单库单表型系统中,通常可以使用数据库字段自带的auto_increment属性来自动为每条记录生成一个唯一的ID。但是分库分表后,就无法在依靠数据库的auto_increment属性来唯一标识一条记录了。此时我们就可以用zookeeper在分布式环境下生成全局唯一ID。

4.2、示例

设计思路如下:

  1. 当需要生成唯一性ID 时,就在 /MyID 节点下创建一个节点路径为 id 的持久有序节点。
  2. 获取创建后的节点路径。
  3. 将节点路径的前缀 id 截取,留下的就是唯一性 ID。
  4. 然后删除比自己小的节点。

也可以使用 /MyID 中的版本号来实现 唯一性 ID。


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