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    书名:《从Paxos到ZooKeeper》

    副标题:分布式一致性原理与实践

    出版社:电子工业出版社 博文视点

    作者: 倪超 

    出版年: 2015-2-1

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内容简介

《Paxos到Zookeeper:分布式一致性原理与实践》从分布式一致性的理论出发,向读者简要介绍几种典型的分布式一致性协议,以及解决分布式一致性问题的思路,其中重点讲解了Paxos和ZAB协议。同时,本书深入介绍了分布式一致性问题的工业解决方案——ZooKeeper,并着重向读者展示这一分布式协调框架的使用方法、内部实现及运维技巧,旨在帮助读者全面了解ZooKeeper,并更好地使用和运维ZooKeeper。全书共8章,分为五部分:第一部分(第1章)主要介绍了计算机系统从集中式向分布式系统演变过程中面临的挑战,并简要介绍了ACID、CAP和BASE等经典分布式理论;第二部分(第2~4章)介绍了2PC、3PC和Paxos三种分布式一致性协议,并着重讲解了ZooKeeper中使用的一致性协议——ZAB协议;第三部分(第5~6章)介绍了ZooKeeper的使用方法,包括客户端API的使用以及对ZooKeeper服务的部署与运行,并结合真实的分布式应用场景,总结了ZooKeeper使用的最佳实践;第四部分(第7章)对ZooKeeper的架构设计和实现原理进行了深入分析,包含系统模型、Leader选举、客户端与服务端的工作原理、请求处理,以及服务器角色的工作流程和数据存储等;第五部分(第8章)介绍了ZooKeeper的运维实践,包括配置详解和监控管理等,重点讲解了如何构建一个高可用的ZooKeeper服务。


致谢

  首先要感谢现在的部门老大蒋江伟先生。第一次接触蒋江伟是在2011年,当时我还是一个实习生,参加了他的一个讲座“淘宝前台系统优化实践——吞吐量优化”,对其中关于“编写GC友好代码”的内容有不解之处,于是私下请教。他耐心的讲解令我至今记忆犹新。两年前,他全面负责中间件团队之后,给予了我更大的帮助和鼓励,使我得到了极大的进步,真的非常感谢。本书的问世,离不开他的推荐。也正是这一份写作的责任感,让我有决心和毅力来对整个ZooKeeper内容进行了一次全面的整理。在这里,衷心祝福蒋江伟先生带领中间件团队走向新的高度。

  其次,本书的写作,离不开各位小伙伴们的支持和帮助,他们是各领域的资深专家,我向他们征集了很多有营养的内容。在这里,按照章节顺序,依次表示感谢:许泽彬参与了“问题提出”的写作;侯前明对Paxos算法的前世今生进行的整理;段培乐对晦涩的Paxos协议进行了细致的讲解;姜宇向我提供了他对于分布式事务的见解;徐伟辰参与了分布式锁服务Chubby相关的写作;叶成旭提供了他在上家公司时对Hypertable的学习和研究成果;高伟细致地向我展示了Curator这一ZooKeeper客户端的使用;陈杰提供了他在“自动化的DNS服务”场景中的经验总结;曹龙参与了Hadoop相关内容的写作;邓明鉴则贡献了他对HBase的深刻见解;作为产品的开源负责人,庄晓丹和王强提供了对消息中间件Metamorphosis技术架构的讲解;李鼎则向我全面展示了RPC服务框架Dubbo的技术细节;楼江航向我提供了Canal和Otter这两个分布式产品中的ZooKeeper应用场景;李雨前、柳明和温朝凯则一起写了终搜在产品演进过程中对ZooKeeper的使用和改进;封仲淹参与了对其自主产品JStorm的技术剖析……是你们一遍又一遍地对内容进行修改,才使得本书内容更为丰满。

  另外,也要感谢温文鎏、王林、许泽彬、高伟和段培乐等人对全书的审阅,正是你们提出的宝贵建议,对完善本书提供了非常大的帮助。

  感谢现在的同事陆学慧先生,从2013年下半年开始,他全面接手对ZooKeeper的开发和运维,在他身上感受到的专业和创新精神让我备受鼓舞。

  另外,感谢我的第一个主管马震先生,是他的帮助为我指引了方向,让我有机会进入ZooKeeper的世界,并负责这个产品在公司的发展。尽管由于业务调整,马震先生已经转岗到其他部门,但依然由衷祝福他工作顺利。

  还要感谢我的同事,阿里巴巴店铺平台的侯前明先生。本来该书作者应该是我们两个人,但是由于期间他的家庭又增加了一个小生命,导致其不得不中途退出。从本书的选题到写作大纲的制定,他都倾注了不少心血,相信如果有他一起创作,本书内容会更加丰满、深刻。这里表达遗憾的同时,也向这位两个孩子的父亲送去祝福,祝愿他生活美满。

  感谢本书的责任编辑刘芸女士,是她反复审稿和编排,才能让本书的内容趋于完美。

  感谢本书的封面设计吴海燕女士,她的努力已经无需言表,在技术书上的这一前卫、极富视觉冲击力的封面设计,深深震撼到了我,也希望读者朋友们能够喜欢。

  尤其感谢本书的策划编辑张春雨先生。作为一个南方人,我很少有机会和那些有着一口北方腔的朋友交谈,第一次接到张春雨先生电话的时候,我才真正领略了北京腔,也正是他的邀请,才能让我有机会进行本书的撰写,同时在前后将近1年半的漫长写作过程中,也是他的帮助和鼓励,才让我坚持完成并不断完善本书的内容。在这里,也衷心祝愿张春雨先生事业更上一层楼。

  最后,还有我的父母,在过去的1年时间里,多次放假没有回家,尽管父母一直鼓励我专注工作,专注于自己的事业,但我深知他们内心对儿子的牵挂,在这里也深深地向他们道一声:“谢谢”,也谨以此书献给我最亲爱的爸爸妈妈。

      倪超                         

  2014年12月于杭州淘宝城



书籍目录

第1章分布式架构 1

1.1 从集中式到分布式 1

1.1.1 集中式的特点 2

1.1.2 分布式的特点 2

1.1.3 分布式环境的各种问题 4

1.2 从ACID到CAP/BASE 5

1.2.1 ACID 5

1.2.2 分布式事务 8

1.2.3 CAP和BASE理论 9

小结 15

第2章一致性协议 17

2.1 2PC与3PC 17

2.1.1 2PC 17

2.1.2 3PC 21

2.2 Paxos算法 24

2.2.1 追本溯源 25

2.2.2 Paxos理论的诞生 26

2.2.3 Paxos算法详解 27

小结 37

第3章Paxos的工程实践 39

3.1 Chubby 39

3.1.1 概述 39

3.1.2 应用场景 40

3.1.3 设计目标 40

3.1.4 Chubby技术架构 43

3.1.5 Paxos协议实现 52

3.2 Hypertable 55

3.2.1 概述 55

3.2.2 算法实现 57

小结 58

第4章ZooKeeper与Paxos 59

4.1 初识ZooKeeper 59

4.1.1 ZooKeeper介绍 59

4.1.2 ZooKeeper从何而来 62

4.1.3 ZooKeeper的基本概念 62

4.1.4 为什么选择ZooKeeper 64

4.2 ZooKeeper的ZAB协议 65

4.2.1 ZAB协议 65

4.2.2 协议介绍 66

4.2.3 深入ZAB协议 71

4.2.4 ZAB与Paxos算法的联系与区别 77

小结 78

第5章使用ZooKeeper 79

5.1 部署与运行 79

5.1.1 系统环境 79

5.1.2 集群与单机 80

5.1.3 运行服务 84

5.2 客户端脚本 88

5.2.1 创建 88

5.2.2 读取 89

5.2.3 更新 90

5.2.4 删除 91

5.3 Java客户端API使用 91

5.3.1 创建会话 91

5.3.2 创建节点 95

5.3.3 删除节点 99

5.3.4 读取数据 100

5.3.5 更新数据 109

5.3.6 检测节点是否存在 113

5.3.7 权限控制 115

5.4 开源客户端 120

5.4.1 ZkClient 120

5.4.2 Curator 130

小结 162

第6章ZooKeeper的典型应用场景 163

6.1 典型应用场景及实现注 163

6.1.1 数据发布/订阅 164

6.1.2 负载均衡 166

6.1.3 命名服务 170

6.1.4 分布式协调/通知 173

6.1.5 集群管理 179

6.1.6 Master选举 185

6.1.7 分布式锁 188

6.1.8 分布式队列 194

小结 197

6.2 ZooKeeper在大型分布式系统中的应用 197

6.2.1 Hadoop 198

6.2.2 HBase 203

6.2.3 Kafka 207

6.3 ZooKeeper在阿里巴巴的实践与应用 213

6.3.1 案例一消息中间件:Metamorphosis 213

6.3.2 案例二 RPC服务框架:Dubbo 217

6.3.3 案例三基于MySQL Binlog的增量订阅和消费组件:Canal 219

6.3.4 案例四分布式数据库同步系统:Otter 223

6.3.5 案例五轻量级分布式通用搜索平台:终搜 226

6.3.6 案例六实时计算引擎:JStorm 238

小结 242

第7章ZooKeeper技术内幕 243

7.1 系统模型 243

7.1.1 数据模型 243

7.1.2 节点特性 244

7.1.3 版本——保证分布式数据原子性操作 246

7.1.4 Watcher——数据变更的通知 249

7.1.5 ACL——保障数据的安全 265

7.2 序列化与协议 272

7.2.1 Jute介绍 272

7.2.2 使用Jute进行序列化 273

7.2.3 深入Jute 275

7.2.4 通信协议 277

7.3 客户端 284

7.3.1 一次会话的创建过程 286

7.3.2 服务器地址列表 289

7.3.3 ClientCnxn:网络I/O 295

7.4 会话 298

7.4.1 会话状态 298

7.4.2 会话创建 299

7.4.3 会话管理 304

7.4.4 会话清理 307

7.4.5 重连 309

7.5 服务器启动 311

7.5.1 单机版服务器启动 312

7.5.2 集群版服务器启动 315

7.6 Leader选举 321

7.6.1 Leader选举概述 321

7.6.2 Leader选举的算法分析 323

7.6.3 Leader选举的实现细节 328

7.7 各服务器角色介绍 335

7.7.1 Leader 335

7.7.2 Follower 338

7.7.3 Observer 339

7.7.4 集群间消息通信 339

7.8 请求处理 342

7.8.1 会话创建请求 343

7.8.2 SetData请求 351

7.8.3 事务请求转发 354

7.8.4 GetData请求 355

7.9 数据与存储 356

7.9.1 内存数据 356

7.9.2 事务日志 358

7.9.3 snapshot——数据快照 364

7.9.4 初始化 368

7.9.5 数据同步 372

小结 376

第8章ZooKeeper运维 379

8.1 配置详解 379

8.1.1 基本配置 379

8.1.2 高级配置 380

8.2 四字命令 384

8.3 JMX 390

8.3.1 开启远程JMX 390

8.3.2 通过JConsole连接ZooKeeper 391

8.4 监控 397

8.4.1 实时监控 397

8.4.2 数据统计 398

8.5 构建一个高可用的集群 398

8.5.1 集群组成 398

8.5.2 容灾 399

8.5.3 扩容与缩容 402

8.6 日常运维 402

8.6.1 数据与日志管理 402

8.6.2 Too many connections 404

8.6.3 磁盘管理 405

小结 405

附录AWindows平台上部署ZooKeeper 406

附录B从源代码开始构建 409

附录C各发行版本重大更新记录 414

附录DZooKeeper源代码阅读指引 418