为了完成本关任务，你需要掌握：1.ZooKeeper单节点安装方法，2.命令行基本操作。

ZooKeeper之仲裁模式

standlone模式运行ZooKeeper，便于评估，开发，测试和学习。但是在实际生产中，使用ZooKeeper均以仲裁模式（quorum mode）运行，quorum mode具有一组ZooKeeper服务器，这一组服务器同时服务客户端的请求。具体可划分为两类：分布式模式（即多个服务器在不同计算机上）、伪分布式模式（即多个服务器在同一计算机上）。客户端与服务器之间的关系如下图所示：

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_头歌zookeeper仲裁模式

法定人数

在quorum mode模式下，ZooKeeper复制集群中所有服务器的数据树。但是，如果让一个客户端等待每个服务器完成数据保存后再继续，那么可能导致的延迟问题将无法接受。所以，必须指定保证ZooKeeper正常提供服务的最小服务器数量。类似于公共管理领域中的法定人数（进行一项投票所需立法者的最小数量）。

一般情况下，在ZooKeeper分布式模式中，服务器数量为奇数个。例如，5个服务器中，至少有3个服务器提供服务(即法定人数)，允许2个服务器崩溃，即多数原则；如果5个服务器节点，法定人数为2，在提供服务的2个服务器上进行了节点创建的操作，而在与另外3个服务器通信时发生长时间延迟，导致另外3个服务器无法发现该节点的创建，那么该节点创建操作就是非持久的。但是，如果只有4个服务器，那么需要保证3个服务器提供服务才能保证ZooKeeper的正常运行，那么，ZooKeeper容忍服务器崩溃的能力就会减弱。

Leader选举

Leader作为整个ZooKeeper集群的主节点，负责响应所有对ZooKeeper状态变更的请求和进行选举投票的发起和决议，保证服务器数据一致性。它会将每个状态更新请求进行排序和编号，以便保证整个集群内部消息处理的FIFO。

服务器具有4种状态，分别是LOOKING、FOLLOWING、LEADING、OBSERVING。

  • LOOKING：寻找Leader状态。当服务器处于该状态时，当前集群中没有Leader，因此需要进入Leader选举状态。
  • FOLLOWING：跟随者状态。表明当前服务器角色是Follower。
  • LEADING：领导者状态。表明当前服务器角色是Leader。
  • OBSERVING：观察者状态。表明当前服务器角色是Observer，Observer不参与投票和选举过程。

ZooKeeper的leader选举过程分为两种，服务器初始化启动和服务器运行期间无法和leader保持连接。选举过程如下图所示：

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_服务器_02

服务器初始化启动leader选举分为以下几步：

  • 每个Server发出一个投票。投票信息包含myid（服务器编号）和ZXID（Zookeeper状态发生改变的序号），然后发给集群中其他机器。
  • 接受来自各个服务器的投票。
  • 处理投票。 优先检查ZXID。ZXID大的服务器被选举为Leader。如果ZXID相同，myid较大的服务器被选举为Leader。
  • 统计投票。每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半服务器接受到相同的投票信息。
  • 改变服务器状态。当确定了leader后，服务器更新当前状态，如果是Follower，则更新为FOLLOWING，如果是leader，则更新为LEADING。

服务器运行期间无法和leader保持连接的leader选举分为以下几步：

  • 变更状态。非Observer首先将服务器状态变更为LOOKING，然后进入Leader选举过程。
  • 其余步骤与服务器初始化启动leader选举过程相同，这里不再赘述。

ZooKeeper伪分布式安装

在了解ZooKeeper的仲裁模式（quorum）后，下面讲解如何安装ZooKeeper的伪分布式（3个服务器节点，法定人数2）。

  • 安装ZooKeeper第1个节点，与standalone安装方法相同（且开发环境中已经安装，安装目录/opt/zookeeper-3.4.12），这里不再赘述
cd /opt/zookeeper-3.4.12
vi /opt/zookeeper-3.4.12/conf/zoo.cfg
  • 将zoo.cfg配置文件修改如下配置：
dataDir=/opt/zookeeper-3.4.12/tmp/data

server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890
  • 其中，每一行分别是ip，通信端口，选举leader端口。

修改后配置文件如下图所示：

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_服务器_03

指定myid。在配置项dataDir指定目录下，新建myid文件，并写入数字1（即第1个服务器节点），使用以下命令：

mkdir -p /opt/zookeeper-3.4.12/tmp/data/
echo 1 > /opt/zookeeper-3.4.12/tmp/data/myid
cat /opt/zookeeper-3.4.12/tmp/data/myid

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_服务器_04

将ZooKeeper的安装目录复制2个副本（即第2个和第3个服务器节点，命名可根据实际情况更改），使用如下命令(可根据实际安装目录修改)：

cp -r /opt/zookeeper-3.4.12 /opt/zookeeper-3.4.12-01
cp -r /opt/zookeeper-3.4.12 /opt/zookeeper-3.4.12-02
cp -r /opt/zookeeper-3.4.12 /opt/zookeeper-3.4.12-03

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_数据库_05

 第一个节点修改zoo.cfg

vi /opt/zookeeper-3.4.12-01/conf/zoo.cfg 

dataDir=/opt/zookeeper-3.4.12-01/tmp/data

第二个节点修改zoo.cfg

vi /opt/zookeeper-3.4.12-02/conf/zoo.cfg 

clientPort=2182
dataDir=/opt/zookeeper-3.4.12-02/tmp/data

第二个节点添加myid文件

echo 2 > /opt/zookeeper-3.4.12-02/tmp/data/myid
cat /opt/zookeeper-3.4.12-02/tmp/data/myid

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_服务器_06

第三个节点 修改zoo.cfg

vi /opt/zookeeper-3.4.12-03/conf/zoo.cfg 

clientPort=2183
dataDir=/opt/zookeeper-3.4.12-03/tmp/data

 第三个节点添加myid文件

echo 3 > /opt/zookeeper-3.4.12-03/tmp/data/myid
cat /opt/zookeeper-3.4.12-03/tmp/data/myid

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_java_07

分别三个启动节点

/opt/zookeeper-3.4.12-01/bin/zkServer.sh start
/opt/zookeeper-3.4.12-02/bin/zkServer.sh start
/opt/zookeeper-3.4.12-03/bin/zkServer.sh start

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_java_08

利用jps命令查看当前进程，如下图所示，则伪分布式安装成功

头歌zookeeper仲裁模式 头歌zookeeper仲裁模式和分布式_java_09