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Zookeeper（七）Zokeeper 系统模型

一 数据模型

  • ZooKeeper的视图结构和标准的Unix文件系统非常类似，但没有引入传统文件系统中目录和文件等相关概念，而是使用了其特有的“数据节点”概念，我们称之为ZNode。

1.1 树​

  • 在ZooKeeper中，每一个数据节点都被称为一个ZNode，所有ZNode按层次化结构进行组织，形成一棵树。
  • ZNode的节点路径标识方式和Unix文件系统路径非常相似，都是由一系列使用斜杠(/)进行分割的路径表示，开发人员可以向这个节点中写入数据，也可以在节点下面创建子节点。

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1.2 事务ID​

  • 在ZooKeeper中，事务是指能够改变ZooKeeper服务器状态的操作，我们也称之为事务操作或更新操作，一般包括数据节点创建与删除、数据节点内容更新和客户端会话创建与失效等操作。
  • 对于每一个事务请求，ZooKeeper都会为其分配一个全局唯一的事务ID，用ZXID来表示，通常是一个64位的数字，每一个ZXID对应一次更新操作，从这些ZXID中可以间接地识别出ZooKeeper处理这些更新操作请求的全局顺序。

1.3 节点特性​

  • 在ZooKeeper中，每个数据节点都是有生命周期的，其生命周期的长短取决于数据节点的节点类型。
  • 在ZooKeeper中，节点类型可以分为持久节点(PERSISTENT)、临时节点(EPHEMERAL)和顺序节点(SEQUENTIAL)三大类。

    持久节点(PERSISTENT)

持久节点是ZooKeeper中最常见的一种节点类型。所谓持久节点，是指该数据节点被创建后，就会一直存在于ZooKeeper服务器上，直到有删除操作来主动清除这个节点。

持久顺序节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL)

  • 持久顺序节点的基本特性和持久节点是一致的，额外的特性表现在顺序性上。在ZooKeeper中，每个父节点都会为它的第一级子节点维护一份顺序，用于记录下每个子节点创建的先后顺序。
  • 基于这个顺序特性，在创建子节点的时候，可以设置这个标记，那么在创建节点过程中，ZooKeeper会自动为给定节点名加上一个数字后缀，作为一个新的、完整的节点名，另外需要注意的是，这个数字后缀的上限是整型的最大值。

    临时节点(EPHEMERAL)

和持久节点不同的是，临时节点的生命周期和客户端的会话绑定在一起，也就是说，如果客户端会话失效，那么这个节点就会被自动清理掉。注意，这里提到的是客户端会话失效，而非TCP连接断开。

临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)

临时顺序节点的基本特性和临时节点也是一致的，同样是在临时节点的基础上，添加了顺序的特性。

状态信息

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1.4 版本（乐观锁CAS）​

ZooKeeper中为数据节点引入了版本的概念，每个数据节点都具有三种类型的版本信息，对数据节点的任何更新操作都会引起版本号的变化 image.png

  • ZooKeeper中的版本概念和传统意义上的软件版本有很大的区别，它表示的是对数据节点的数据内容、子节点列表，或是节点ACL信息的修改次数，我们以其中的version这种版本类型为例来说明。
  • 在一个数据节点/zk-book被创建完毕之后，节点的version值是0，表示的含义是“当前节点自从创建之后，被更新过0次”，如果现在对该节点的数据内容进行更新操作，那么随后，version的值就会变成1。
  • 同时需要注意的是，在上文中提到的关于version的说明，其表示的是对数据节点数据内容的变更次数，强调的是变更次数，因此即使前后两次变更并没有使得数据内容的值发生变化，version的值依然会变更。

1.5 Watcher数据变更的通知​

  • ZooKeeper提供了分布式数据的发布/订阅功能。一个典型的发布/订阅模型系统定义了一种一对多的订阅关系，能够让多个订阅者同时监听某一个主题对象，当这个主题对象自身状态变化时，会通知所有订阅者，使它们能够做出相应的处理。
  • 在ZooKeeper中，引入了Watcher机制来实现这种分布式的通知功能，ZooKeeper允许客户端向服务端注册一个Watcher监听，当服务端的一些指定事件触发了这个Watcher，那么就会向指定客户端发送一个事件通知来实现分布式的通知功能。
  • 简单地讲，客户端在向ZooKeeper服务器注册Watcher的同时，会将Watcher对象存储在客户端的WatchManager中。
  • 当ZooKeeper服务器端触发Watcher事件后，会向客户端发送通知，客户端线程从WatchManager中取出对应的Watcher对象来执行回调逻辑。

    Watch接口

在ZooKeeper中，接口类Watcher用于表示一个标准的事件处理器，其定义了事件通知相关的逻辑，包含KeeperState和EventType两个枚举类，分别代表了通知状态和事件类型，同时定义了事件的回调方法：process(WatchedEvent event)。

事件类型

image.png 具体逻辑后面我们详细介绍

1.6 ACL权限控制​

ACL，即访问控制列表，是一种相对来说比较新颖且更细粒度的权限管理方式，可以针对任意用户和组进行细粒度的权限控制。 ZooKeeper的ACL权限控制和Unix/Linux操作系统中的ACL有一些区别，读者可以从三个方面来理解ACL机制，分别是：权限模式(Scheme)、授权对象(ID)和权限(Permission)，通常使用“scheme：id：permission”来标识一个有效的ACL信息。

IP

  • IP模式通过IP地址粒度来进行权限控制，例如配置了“ip：192.168.0.110”，即表示权限控制都是针对这个IP地址的。

  • 同时，IP模式也支持按照网段的方式进行配置，例如“ip：192.168.0.1/24”表示针对192.168.0.*这个IP段进行权限控制。

    Digest

  • Digest是最常用的权限控制模式，也更符合我们对于权限控制的认识，其以类似于“username：password”形式的权限标识来进行权限配置，便于区分不同应用来进行权限控制。

  • 当我们通过“username：password”形式配置了权限标识后，ZooKeeper会对其先后进行两次编码处理，分别是SHA-1算法加密和BASE64编码，其具体实现DigestAuthenticationProvider.generateDigest(String idPassword)函数进行封装

    World

World是一种最开放的权限控制模式，从其名字中也可以看出，事实上这种权限控制方式几乎没有任何作用，数据节点的访问权限对所有用户开放，即所有用户都可以在不进行任何权限校验的情况下操作ZooKeeper上的数据。另外，World模式也可以看作是一种特殊的Digest模式，它只有一个权限标识，即“world：anyone”。

Super

Super模式，顾名思义就是超级用户的意思，也是一种特殊的Digest模式。在Super模式下，超级用户可以对任意ZooKeeper上的数据节点进行任何操作。 image.png

权限标识

  • CREATE(C)：数据节点的创建权限，允许授权对象在该数据节点下创建子节点。
  • DELETE(D)：子节点的删除权限，允许授权对象删除该数据节点的子节点。
  • READ(R)：数据节点的读取权限，允许授权对象访问该数据节点并读取其数据内容或子节点列表等。·
  • WRITE(W)：数据节点的更新权限，允许授权对象对该数据节点进行更新操作。
  • ADMIN(A)：数据节点的管理权限，允许授权对象对该数据节点进行ACL相关的设置操作。