微服務架構 | 3.3 Apache Zookeeper 注冊中心

前言
1. Zookeeper 基礎知識
- 1.1 Zookeeper 是什麼
- 1.2 Zookeeper 的資料結構
- 1.3 Watcher 機制
- 1.4 常見應用場景分析
- 1.5 Zookeeper 的版本沖突問題
- 1.6 Zookeeper 注冊中心的實作原理
- 1.7 下面示例的相關說明
2. 安裝并運作 Zookeeper 伺服器
- 2.1 下載下傳 Zookeeper
- 2.2 修改配置
- 2.3 運作 Zookeeper 伺服器
3. 使用 Zookeeper 管理服務提供者
- 3.1 引入 pom.xml 依賴
- 3.2 修改 boostrap.yml 配置檔案
- 3.3 在主啟動類上添加注解
- 3.4 編寫業務類，并在 controller 層開放接口
4. 使用 Zookeeper 管理服務消費者
- 4.1 引入 pom.xml 依賴
- 4.2 修改 boostrap.yml 配置檔案
- 4.3 主啟動類上不需要添加額外注解
- 4.4 編寫業務類，調用提供者接口
5. Dubbo 使用 Zookeeper 作為注冊中心
最後

參考資料：

《Spring Microservices in Action》

《Spring Cloud Alibaba 微服務原理與實戰》

《B站尚矽谷 SpringCloud 架構開發教程周陽》

《Zookeeper 教程》

《Zookeeper 官網》

ZooKeeper 是一個分布式的，開放源碼的分布式應用程式協調服務，是 Google 的 Chubby 一個開源的實作，是 Hadoop 和 Hbase 的重要元件。它是一個為分布式應用提供一緻性服務的軟體，提供的功能包括：配置維護、域名服務、分布式同步、組服務等；

Zookeeper 是一個分布式協調工具，可以實作注冊中心功能；
是 Apache Hadoop 的一個子項目，用來解決分布式應用中經常遇到的一些資料管理問題。包括：統一命名服務、狀态同步服務、叢集管理、分布式應用配置項的管理等；
簡單來說：zookeeper=檔案系統+監聽通知機制；
ZooKeeper 的架構通過備援服務實作高可用性；
【注意】ZooKeeper 本身并不是注冊中心，隻是基于 ZooKeeper 本身的特性可以實作注冊中心這個場景；

系統概述：
- ZooKeeper 的資料模型和分布式檔案系統類似，是一種階層化的屬性結構；
- 和檔案系統不同的是，ZooKeeper 的資料是結構化存儲的，并沒有在實體上展現出檔案和目錄；
- ZooKeeper 上的每個節點的資料都是允許讀和寫，且必須要按照層級建立；
Znode 節點：
- Zookeeper 中的所有存儲的資料是由 Znode 組成，并以 key/value 形式存儲資料；
- ZooKeeper 隻是管理和協調有關的資料，是以 value 的資料大小不建議設定得非常大，較大的資料會帶來更大的網絡開銷；
- Znode 維護一個 stat 狀态資訊，其中包含資料變化的時間和版本等；

stat 狀态資訊：

屬性	說明
cZxid	建立節點時的事務 ID
ctime	建立節點時的時間
mZxid	最後修改節點時的事務 ID
mtime	最後修改節點時的時間
pZxid	表示該節點的子節點清單最後一次修改的事務 ID（包括增删子節點，不包括改子節點内容）
cversion	子節點版本号，子節點每次修改版本号加 1
dataversion	資料版本号，資料每次修改該版本号加 1
aclversion	權限版本号，權限每次修改該版本号加 1
ephemeralOwner	建立該臨時節點的會話的 sessionID（持久節點，該屬性值為 0）
dataLength	該節點的資料長度
numChildren	該節點擁有直接子節點的數量

Znode 的節點類型：
- 持久化節點：節點的資料會持久化到磁盤；
- 臨時節點：節點的生命周期和建立該節點的用戶端的生命周期保持一緻。用戶端會話結束，則該臨時節點删除；
- 有序節點：在建立的節點後增加一個遞增的序列，該序列在同一級父節點之下是唯一的；
- 容器節點：容器節點下最後一個子節點被删除時，容器節點自動删除（3.5.3版本後）；
- TTL 節點：設定一個存活時間，如果在存活時間之内該節點沒有任何修改并且沒有子節點，則自動删除（3.5.3版本後）；
一個示例圖：

微服務架構 | 3.3 Apache Zookeeper 注冊中心

一種針對 Znode 的訂閱/通知機制；
當 Znode 節點狀态發生變化時或者 ZooKeeper 用戶端連接配接狀态發生變化時，會觸發事件通知；
該機制在服務注冊與發現中，用于服務調用者及時感覺到服務提供者的變化；
ZooKeeper 提供了三種 JavaAPI 機制進行對 Znode 進行注冊監聽：
- getData()：用于擷取指定節點的 value 資訊，并且可以注冊監聽，當監聽的節點進行建立、修改、删除操作時，會觸發相應的事件通知；
- getChildren()：用于擷取指定節點的所有子節點，并且允許注冊監聽，當監聽節點的子節點進行建立、修改、删除操作時，觸發相應的事件通知；
- exists()：用于判斷指定節點是否存在，同樣可以注冊針對指定節點的監聽，監聽的時間類型和 getData() 相同
Watcher 事件的觸發都是一次性的，用戶端在發現節點修改後需要在事件回調中再次注冊事件；

分布式鎖：
- 排他性：避免在同一時刻多個程序同時通路某一個共享資源；
- 基于節點的性質：臨時節點、同級節點的唯一性；
- 獲得鎖的過程：在獲得排他鎖時，所有用戶端可以去 ZooKeeper 伺服器上 /Exclusive_Locks 節點下建立一個臨時節點 /lock 。隻有一個用戶端能建立成功；
- 釋放鎖的過程：有兩種情況：
  - 獲得鎖的用戶端因為異常斷開了和服務端的連接配接，基于臨時節點的特性， /lock 節點會被自動删除；
  - 獲得鎖的用戶端執行完業務邏輯之後，主動删除了建立的 /lock 節點；
Master 選舉：
- 當叢集機器中有一個機器當機後，其他機器會接替故障機器繼續工作；
- 基于節點的性質有兩種實作方式：
  - 唯一性：類似分布式鎖。在 ZooKeeper 伺服器上建立一個臨時節點 /master-election ，隻有成功建立的機器工作。其他機器針對該節點注冊 Watcher 事件；
  - 臨時有序節點：所有參與選舉的用戶端在 ZooKeeper 伺服器的 /master 節點下建立一個臨時有序節點，編号最小的節點表示 Master，後續的節點可以監聽前一個節點的删除事件，用于觸發重新選舉。如下圖所示：

Zookeeper 的依賴如下：

<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-zookeeper-discovery</artifactId>
</dependency>

如果我們直接添加這個依賴可能會出現以下問題，出現以下日志資訊是說明出現 Zookeeper 版本沖突問題：

原因是：上述依賴自帶 3.5.3beta 的版本，與本地的下載下傳的 zookeeper 版本對應不上；
可以通過修改 pom.xml 檔案解決；
修改後的示例請見本篇《2.1 引入 pom.xml 依賴》；

本篇或《12.1 使用 Apache Dubbo 實作遠端通信》裡的《5. Dubbo 使用 Zookeeper 作為注冊中心》建構了如下示例；

當 Dubbo 服務啟動時：
- 在 Zookeeper 伺服器上的 /dubbo/com.dlhjw.dubbo.service.impl.TestServiceImpl/providers 目錄下建立目前服務的 URL；
- com.dlhjw.dubbo.service.impl.TestServiceImpl 表示釋出服務的接口全路徑名稱；
- providers 表示服務提供者的類型；
- dubbo://ip:port 表示該服務釋出的協定類型及通路位址；
- URL 是臨時節點，其他皆為持久化節點；
當 Dubbo 服務消費者啟動時：
- 對 /dubbo/com.dlhjw.dubbo.service.impl.TestServiceImpl/providers 目錄下子節點注冊 Watcher 監聽；
- 服務消費者會在 /dubbo/com.dlhjw.dubbo.service.impl.TestServiceImpl/consumers 目錄下寫入自己的 URL；
- 服務消費者如果需要調用 TestServiceImpl 服務，它會先去 /dubbo/com.dlhjw.dubbo.service.impl.TestServiceImpl/providers 路徑下獲得所有該服務的提供方 URL 清單，然後通過負載均衡算法計算出一個位址進遠端通路；

用戶端（在這裡展現不出來）調用服務消費者的 http://consumer/zk 接口，請求消費者的資源；
接着服務消費者通過負載均衡算法調用 http://zkcloud-provider/provider/zk 接口，請求服務提供者的資源；

基于 Win10 下的 Zookeeper 伺服器安裝；

通路連接配接：https://zookeeper.apache.org/releases.html；

微服務架構 | 3.3 Apache Zookeeper 注冊中心
下載下傳解壓後：

到 apache-zookeeper-3.7.0-bin\apache-zookeeper-3.7.0-bin\conf 目錄下，備份一份 zoo_sample.cfg 配置檔案；

tickTime：Zookeeper 伺服器之間或用戶端與伺服器之間維持心跳的時間間隔，也就是每隔 tickTime 時間就會發送一個心跳；
dataDir：Zookeeper 儲存資料的目錄，預設情況下，Zookeeper 将寫資料的日志檔案也儲存在這個目錄裡；
dataLogDir：Zookeeper 儲存日志檔案的目錄；
clientPort：用戶端連接配接 Zookeeper 伺服器的端口，Zookeeper 會監聽這個端口，接受用戶端的通路請求；
注意：檢視 bin 目錄下的 zkEvn.cmd 裡的 JAVA_HOME 名字對不對；

到 bin 目錄下：
- 輕按兩下 zkServer.cmd，會啟動一個 java 程序，即服務端；
- 輕按兩下 zkCli.cmd，會啟動一個用戶端；

使用 Zookeeper 建構服務提供者大緻與 Nacos 和 Consul 相同； Nacos 與 Consul 的建構方式詳情請見《3.2 Alibaba Nacos 注冊中心》與《3.4 HashiCorp Consul 注冊中心》；

<!-- SpringBoot整合zookeeper用戶端 -->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-zookeeper-discovery</artifactId>
  <!--先排除自帶的zookeeper-->
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
      <artifactId>zookeeper</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>
<!--添加zookeeper3.4.9版本，這裡可根據自己本地的下載下傳的 zookeeper 版本進行配置-->
<dependency>
  <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
  <artifactId>zookeeper</artifactId>
  <version>3.4.9</version>
</dependency>

Spring 管理的依賴自帶 3.5.3beta 版本，與本地的下載下傳的 zookeeper 版本對應不上，可以通過修改 pom 檔案解決；

#8004表示注冊到zookeeper伺服器的支付服務提供者端口号
server:
  port: 8004
#服務别名----注冊zookeeper到注冊中心名稱
spring:
  application:
    name: zkcloud-provider
  cloud:
    zookeeper:
      connect-string: 192.168.111.144:2181

@EnableDiscoveryClient：使用其他元件（Nacos、zookeeper、Consul）作為注冊中心；

這裡編寫一個簡單接口僅作為示例；

@RestController
public class providerController{
    @Value("${server.port}")
    private String serverPort;

    @RequestMapping(value = "/provider/zk")
    public String providerzk(){
        return "springcloud with zookeeper: "+serverPort+"\t"+ UUID.randomUUID().toString();
    }
}

使用 Zookeeper 建構服務消費者大緻與 Nacos 和 Consul 相同； Nacos 與 Consul 的建構方式詳情請見《3.2 Alibaba Nacos 注冊中心》與《3.4 HashiCorp Consul 注冊中心》；

同服務提供者端的依賴；

<!-- SpringBoot整合zookeeper用戶端 -->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-zookeeper-discovery</artifactId>
  <!--先排除自帶的zookeeper-->
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
      <artifactId>zookeeper</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>
<!--添加zookeeper3.4.9版本-->
<dependency>
  <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
  <artifactId>zookeeper</artifactId>
  <version>3.4.9</version>
</dependency>

server:
  port: 80
spring:
  application:
    name: zkcloud-consumer
  cloud:
  #注冊到zookeeper位址
    zookeeper:
      connect-string: 192.168.111.144:2181

由于我們使用 Ribbon + RestTemplate 的負載均衡政策，是以需要在 IoC 容器中添加一個 RestTemplate JavaBean；
詳情請見《4.1 基于 Ribbon 的負載均衡詳解》；
該 Bean 可以在主啟動類中添加；也可以在主啟動類所在包或子包的 config 包中添加，如下：

@Configuration
public class ApplicationContextBean{
    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate getRestTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }
}

我們在 controller 層開放接口給用戶端，并在該接口裡調用提供者的 API；

@RestController
public class ComsumerZKController{
    public static final String INVOKE_URL = "http://zkcloud-provider";

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @RequestMapping(value = "/consumer/zk")
    public String paymentInfo(){
        String result = restTemplate.getForObject(INVOKE_URL+"/provider/zk", String.class);
        System.out.println("消費者調用提供者擷取服務--->result:" + result);
        return result;
    }
}

詳情請見：本系列另外一篇文章《12.1 使用 Apache Dubbo 實作遠端通信》裡的《5. Dubbo 使用 Zookeeper 作為注冊中心》；

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