ZooKeeper技术细节_zookeeper and 服务器 and 客户端 and 数据节点

服务器 0

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使用WireShark嗅探GetDataRequest产生的TCP包（十六进制字节数组）

十六进制位协议部分数值或字符串
00,00,00,1d0-3位：len 整个数据包长度长度29
00,00,00,014-7位：xid 客户端请求的发起序号1
00,00,00,048-11位：type 客户端请求类型4 OpCode.getData
00,00,00,1012-15位：len 节点路径的长度16 节点路径长度转换成十六进制是16位
2f,24,37,5f, 32,5f,34,2f, 67,65,74,5f, 64,61,74,6116-31位：path 节点路径Hex编码
0132位：是否注册Watcher1-是
响应

GetDataResponse响应完整协议定义

​​​​​​​

响应头 ReplyHeader

public class ReplyHeader implements Record {  private int xid; // 请求时传过来的xid会在响应中原样返回  private long zxid; // zxid 代表ZK服务器上当前最新事务ID  private int err; // 错误码：Code.OK-0,NONODE-101,NOAUTH-102,定义在KeeperException.Code中

响应体Response

//会话创建public class ConnectResponse implements Record {  private int protocolVersion;  private int timeOut;  private long sessionId;  private byte[] passwd;// 获取节点数据public class GetDataResponse implements Record {  private byte[] data;  private org.apache.zookeeper.data.Stat stat;// 更新节点数据public class SetDataResponse implements Record {  private org.apache.zookeeper.data.Stat stat;

GetDataResponse 协议定义

十六进制位协议解释当前值
00,00,00,630-3位：len 整个响应的数据包长度99
00,00,00,054-7位：xid 客户端请求序号5 本次请求所属会话创建后的第5次请求
00,00,00,00, 00,00,00,048-15位: zxid 当前服务器处理过的最大ZXID4
00,00,00,0016-19位：err 错误码0-Codes.OK
00,00,00,0b20-23位：len 节点数据内容的长度11 后面11位是数据内容的字节数组
xxx24-34位：data 节点数据内容Hex编码
00,00,00,00, 00,00,00,0435-42位：czxid 创建该节点时的ZXID4
00,00,00,00, 00,00,00,0443-50位：mzxid 最后一次访问该数据节点时的ZXID4
00,00,01,43,67,bd,0e,0851-58位：ctime 数据节点的创建时间unix_timestamp 1389014879752
00,00,01,43,67,bd,0e,0859-66位：mtime 数据节点最后一次变更的时间
00,00,00,0067-70位：version 数据节点内容的版本号0
00,00,00,0071-74位：cversion 数据节点的子版本号0
00,00,00,0075-78位：aversion 数据节点的ACL变更版本号0
00,00,00,00,00,00,00,0079-86位：ephemeralOwner 如果是临时节点，则记录创建该节点的sessionID，否则置00 (该节点是永久节点)
00,00,00,0b87-90位：dataLength 数据节点的数据内容长度11
00,00,00,0091-94位：numChildren 数据节点的子节点个数0
00,00,00,00,00,00,00,0495-102位：pzxid 最后一次对子节点列表变更的ZXID4

ZK客户端

ZK客户端的组成：ZooKeeper实例-客户端入口，HostProvider - 客户端地址列表管理器，ClientCnxn-客户端核心线程，内部包含SendThread和EventThread两个线程。前者是一个IO线程，负责ZooKeeper客户端和服务器端间的网络IO通信，后者是一个事件线程，负责对服务端事件进行处理。

ZK会话的创建过程

初始化阶段

  1. 初始化ZK对象，通过调用ZooKeeper的构造方法实例化，在此过程中会创建客户端Watcher管理器 ClientWatcherManager
  2. 设置会话默认Watcher：如果在构造方法中传入了一个Watcher对象，客户端会将这个对象作为默认Watcher保存在ClientWatcherManager中
  3. 构造ZooKeeper服务器地址列表管理器 HostProvider：对于构造函数传入的服务器地址，客户端会将其存放在服务器地址列表管理器HostProvider中
  4. 创建并初始化客户端网络连接器 ClientCnxn：ClientCnxn连接器的底层IO处理器是ClientCnxnSocket。另外还会初始化客户端两个核心队列 outgoingQueue 和 pendingQueue 分别作为客户端的请求发送队列和服务端响应的等待队列。
  5. 初始化SendThread和EventThread：前者管理客户端与服务端之间的所有网络IO，后者用于客户端的事件处理

会话创建阶段

  1. 启动SendThread和EventThread
  2. 获取一个服务器地址：开始创建TCP连接前，SendThread从HostProvider中随机选择一个地址，调用ClientCnxnSocket 创建与ZK服务器之间的TCP连接
  3. 创建TCP长连接
  4. 构造ConnectRequest请求：SendThread根据当前客户端的实际设置，构造出一个ConnectRequest请求，代表了客户端视图与服务端创建一个会话。同时ZK客户端会将请求包装成IO层的Packet对象放入请求发送队列outgoingQueue中
  5. 发送请求：ClientCnxnSocket从outgoingQueue中取出一个待发送的Pocket对象序列化成ByteBuffer发送到服务端

响应处理阶段

  1. 接收并处理服务端响应：ClientCnxnSocket接收到服务端的响应后，会首先判断当前客户端状态是否是已初始化，才进行反序列化，得到ConnectResponse对象，从中获取ZK服务端分配的sessionID
  2. 连接成功：通知SendThread进一步对客户端进行会话参数的设置：readTimeout/connectTimeout，更新客户端状态。通知HostProvider当前成功连接的服务器地址
  3. 生成事件 SyncConnected - None：为了让上层应用感知到会话的成功创建，SendThread会生成该事件传递给EventThread，通知会话创建成功
  4. 查询Watcher：EventThread线程收到事件后，会从ClientWatchManager中获取对应Watcher，针对SyncConnected-None事件找到默认的Wathcer，放入EventThread的waitingEvents队列中
  5. 处理事件：EventThread不断从waitingEvents队列中取出待处理的Watcher对象，调用process方法触发Watcher

connectString解析

connectString 形如 192.168.0.1:2181,192.168.0.2:2181,192.168.0.3:2181，ZK客户端允许将服务器所有地址配置在字符上，ZK客户端在连接服务器的过程中是如何从服务器列表中选择机器的？是顺序？还是随机？

org.apache.zookeeper.client.ConnectStringParser 中的构造方法对connectString进行的处理有：解析chrootPath + 保存服务器地址列表到 ArrayList serverAddresses

chroot 客户端命名空间

ZK3.2.0 之后的版本中添加了该特性，connectString 可 设置为 192.168.0.1:2181,192.168.0.2:2181/apps/domainName，将解析出chroot=/apps/domainName，这样客户端的所有操作都会限制在这个命名空间下

ZooKeeper.java

private static HostProvider createDefaultHostProvider(String connectString) {  return new StaticHostProvider(new ConnectStringParser(connectString).getServerAddresses());}

解析的结果会返回 地址列表管理器 StaticHostProvider 的构造方法中

HostProvider

HostProvider 提供了客户端连接所需的host，每一个实现该接口的类需要确保下述几点:

  1. next() 方法必须有效的InetSocketAddress，这样迭代器能一直运行下去。必须返回解析过的InetSocketAddress实例
  2. size() 方法不能返回0
public interface HostProvider {    //当前服务器地址列表的个数，不能返回0    int size();    // 获取下一个将要连接的InetSocketAddress，spinDelay 表示所有地址都尝试过后的等待时间    InetSocketAddress next(long spinDelay);    //连接成功后的回调方法    void onConnected();    //更新服务器列表，返回是否需要改变连接用于负载均衡    boolean updateServerList(Collection<InetSocketAddress> serverAddresses, InetSocketAddress currentHost);}

解析服务器地址：StaticHostProvider会解析服务器地址放入serverAddress 集合中，同时使用Collections#shuffle方法将服务器地址列表进行随机打散。

获取可用的服务器地址：StaticHostProvider#next() 方法中将随机排序后的服务器地址列表拼成一个环形循环队列，该过程是一次性的。

HostProvider的实现：自动从配置文件中读取服务器地址列表、动态变更的地址列表管理器（定时从配置管理中心上解析ZK服务器地址）、实现服务调用时同机房优先的策略

ClientCnxn 网络IO

ClientCnxn维护客户端与服务器之间的网络连接并进行通信

Packet是ClientCnxn的内部类，定义：

static class Packet {        RequestHeader requestHeader;        ReplyHeader replyHeader;        Record request;        Record response;        ByteBuffer bb;        String clientPath;        //server视角下的path，chroot不同        String serverPath;        boolean finished;        AsyncCallback cb;        Object ctx;        WatchRegistration watchRegistration;        public boolean readOnly;        WatchDeregistration watchDeregistration;    //并不是Packet中的所有字段都进行网络传输，在createBB方法中定义了用于网络传输的ByteBuffer bb字段的生成逻辑    //里面只用到了RequestHeader requestHeader,Record request,boolean readOnly 3个字段    public void createBB() {}}

ClientCnxn的两个核心队列（都是Packet队列）：

  • outgoingQueue：客户端的请求发送队列，存储要发送到服务端的Packet集合
  • pendingQueue：服务端响应的等待队列，存储已经从客户端发送到服务端但需要等待服务端响应的Packer集合

ClientCnxnSocket

ZK3.4之后ClientCnxnSocket从ClientCnxn中提取了出来，便于对底层Socket进行扩展（如使用Netty实现）

通过系统变量配合ClientCnxnSocket实现类的全类名：-Dzookeeper.clientCnxnSocket=org.apache.zookeeper.ClientCnxnSocketNIO

ClientCnxnSocketNIO是ClientCnxnSocket的Java NIO原生实现

会话Session

【分布式】Zookeeper会话 - leesf - 博客园

会话状态有：CONNECTING CONNECTED RECONNECTING RECONNECTED CLOSE

Session是ZK中的会话实体，代表一个客户端会话，包含以下4个基本属性：

  • sessionID 唯一标识一个会话，每次客户端创建新会话时，ZK会为其分配一个全局唯一的sessionID
  • timeout 会话超时时间，客户端构造ZK实例时会传入sessionTImeout指定会话的超时时间，客户端向服务器发送这个超时时间后，服务器会根据自己的超时限定确定会话的超时时间
  • tickTime 下次会话超时时间点，这个参数用于会话管理的分桶策略执行。TickTIme是一个13位的long型（unix_timestamp）
  • isClosing 服务端检测到一个会话失效后会标记其isClosing=true，这样就不再处理来自该会话的新请求了
sessionID的生成原理
代码位于 SessionTrackerImpl#initializeNextSession//最终返回的sessionID：高8位是传入的id，剩下的56位最后16位被置零了，前面的40位是最高位截掉的timestamp（去掉数字1）public static long initializeNextSessionId(long id) {  long nextSid;  // nanoTime/10^6 就是 currentTimeMillis 13位long型，long型占空间8B，共64位  //如 1657349408123 对应 44 位的二进制是 00011000000111110001101110010000010101111011  //左移24位后再右移8位后的结果：00000000(-8位)1000000111110001101110010000010101111011（16位-）0000000000000000  //注意这个右移8位是无符号右移，防止unixtimes第5位是1带来的负数问题  nextSid = (System.nanoTime() / 1000000 << 24) >>> 8;  //添加机器标识  sid 正好补在前面腾出的8位中  nextSid = nextSid | (id << 56);  if (nextSid == EphemeralType.CONTAINER_EPHEMERAL_OWNER) {    ++nextSid;  // this is an unlikely edge case, but check it just in case  }  return nextSid;}

左移24位可以将高位的1去掉（unixTimestamp转二进制的44位数字开头总是0001），防止负数（负数右移8位后最高位的1不变），sid不能明确得出

SessionTracker

ZK服务端的会话管理器，负责会话的创建、管理和清理，使用3个数据结构管理Session：

  • sessionsById：ConcurrentHashMap<Long, SessionImpl>类型，根据sessionID管理Session实体
  • sessionsWithTimeout：ConcurrentMap<Long, Integer> 根据sessionID管理会话的超时时间，定期被持久化到快照文件中
  • sessionSets：ExpiryQueue sessionExpiryQueue 服务于会话管理和超时检查，分桶策略会用到
Session管理 - 分桶策略

ZK的会话管理主要由SessionTracker负责，其采用了分桶策略：将理论上可以在同一时间点超时的会话放在同一区块中，便于进行会话的隔离处理和同一区块的统一管理。

对于一个会话的超时时间理论上就是客户端设置的超时时间之后，即图中的 ExpirationTime = CurrentTime + sessionTimeout（客户端进行设置），这样到达这个ExpirationTime检查各会话是否真的需要置超时状态

但是ZK服务端检查各区块的会话是否超时是有周期的，如每隔 ExpirationInterval 进行检查，这样实际的 ExpirationTime 是在原数值之后的最近一个周期上进行检查，这样

ExpirationTime_Adjust = ((CurrentTime + sessionTimeout) / ExpirationInterval + 1) * ExpirationInterval （单位均是ms）

如对于当前时间为4，,10 超时，检查周期为3，在15的时候才是第一个可能的超时时间。这样 ExpirationTime_Adjust 总是 ExpirationInterval 的整数倍。这样SessionTracker中的会话超时检查线程就可以在 ExpirationInterval 的整数倍的时间点上对会话进行批量清理（未及时移走的会话都是要被清理掉的，没有客户端触发会话激活）

会话激活

Leader服务器收到客户端的心跳消息PING后：

  1. 检查改会话是否是isClose
  2. 如果会话尚未关闭，则激活会话，计算出会话的下一次超时时间点 ExpirationTime_NEW
  3. 根据会话的旧超时时间点 ExpirationTime_Old 定位到会话所在的区块
  4. 迁移会话，将会话放入 ExpirationTime_NEW 对应的新区块中

触发会话激活的两种场景：

  • 只要客户端向服务器发送请求（不论读/写）就会触发一次会话激活
  • 客户端在sessionTimeout / 3 的时间间隔内没有向服务器发出任何请求，就会主动发起一次PING请求触发会话激活
会话清理的步骤
  1. 先将该会话的isClosing置为true，这样在会话清理期间再收到客户端的新请求就返回 Session_Expire，再标记会话状态为已关闭 - CLOSE
  2. 发起会话关闭 请求给 PrepRequestProcessor处理器进行处理
  3. 根据sessionID从内存数据库中找到对应的临时节点列表
  4. 将这些临时节点转换成 节点删除 请求，放入事务变更队列 outstandingChanges 中
  5. FinalRequestProcessor触发内存数据库，删除该会话对应的所有临时节点
  6. 节点删除后从SessionTracker中移除session（从sessionById sessionWithTimeout sessionExpiryQueue中移除对应session的信息）
  7. 从NIOServerCnxnFactory中找到会话对应的NIOServerCnxn进行关闭
重连机制

客户端与服务端网络连接断开时，ZK客户端会进行反复的重连

客户端经常看到的两种连接异常是：CONNECTION_LOSS 连接断开，SESSION_EXPIRE 会话过期；服务端可能看到的连接异常是SESSION_MOVED 会话转移

  • CONNECTION_LOSS：客户端在发现连接断开时会逐个尝试连接 connectString 解析出的服务器地址，同时此时收到连接事件 None-Disconnected，同时抛出异常 KeeperException$ConnectionLossException，应用层应捕获住此异常并等待重连成功（收到None-SyncConnected事件）后进行重试
  • SESSION_EXPIRE：通常发生在CONNECTION_LOSS，客户端重连成功后会话在服务端已过期被清理。应用层此时需要重新创建一个ZooKeeper实例进行初始化
  • SESSION_MOVED：ZooKeeper在3.2.0版本后明确提出的概念，客户端 C 向服务端 S1发出的请求R1因网络抖动导致重连到S2，并重试请求R11，但后面R1成功到达S1，导致S1 S2 都执行了相同的请求。针对这一罕见场景，ZooKeeper提出的处理方案： 在处理客户端请求时检查此会话Owner是不是当前服务器，不是的话会抛出 SessionMovedException 异常，但C1因为已断开与S1的连接，看不到S1上的这个异常。在多个客户端使用相同的sessionId/pass连接不同服务端时才会看到这种异常

ZK服务端

ZK服务端架构

zookeeper学习笔记Sky_的博客-CSDN博客

单机版ZK服务器的启动流程

预启动
  1. 不论是单机还是集群模式，zkServer.cmd和zkServer.sh两个脚本中都配置了使用QuorumPeerMain 作为启动入口类 ZOOMAIN="org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain"
  2. 解析配置文件 zoo.cfg
  3. 在QuorumPeerMain#initializeAndRun方法中创建并启动了文件清理器 DatadirCleanupManager，包括对事物日志和快照数据文件的定时清理
  4. 根据zoo.cfg配置文件的解析判断当前是单机还是集群模式启动，单机模式使用ZooKeeperServerMain启动
  5. 创建ZooKeeperServer实例并进行初始化，包括连接器、内存数据库和请求处理器等组件的初始化
初始化

  1. 创建服务器统计器ServerStats，包含下述基本运行时信息：

    • packetsSent: 从服务启动或重置以来，服务端向客户端发送的响应包次数
    • packetsReceived: … 服务端接收到的来自客户端的请求包次数
    • maxLatency/minLatency/totalLatency: 服务端请求处理的最大延时、最小延时、总延时
    • count: 服务端处理的客户端请求总次数

  2. 创建ZK数据管理器FileTxnSnapLog：FileTxnSnapLog是ZK上层服务器和底层数据存储之间的对接层，提供了一些列操作数据文件的接口，包括事务日志文件（TxnLog接口）和快照数据文件（SnapShot接口）。ZK根据zoo.cfg文件中解析出的快照数据目录dataDir和事务日志目录dataLogDir来创建FileTxnSnapLog。

  3. 设置服务端 tickTime 和 会话超时时间 限制

  4. 创建并初始化 ServerCnxnFactory , 通过属性 zookeeper.serverCnxnFactory 指定zookeeper使用 Java原生NIO还是Netty框架作为ZooKeeper服务端网络连接工厂

  5. 启动ServerCnxnFactory主线程（执行主逻辑所在的run方法）此时ZK的NIO服务器已经对外开放了端口，客户端可以访问到2181端口，但此时zk服务器还无法正常处理客户端请求

  6. 恢复本地数据：ZK启动时都会从本地快照文件和事务日志文件中进行数据恢复

  7. 创建并启动会话管理器SessionTracker，同时会设置 expirationInterval 计算 nextExpirationTime、sessionID ，初始化本地数据结构 sessionsWithTimeout（保存每个会话的超时时间）。之后ZK就会开始会话管理器的会话超时检查

  8. 初始化ZK的请求处理链，ZK服务端对于请求的初始方式是典型的责任链模式，单机版服务器的处理链主要包括：PrepRequestProcessor -> SyncRequestProcessor ->FinalRequestProcessor

  9. 注册JMX服务：ZK会将服务器运行时的一些状态信息以JMX的方式暴露出来

  10. 注册ZK服务器实例：此时ZK服务器初始化完毕，注册到ServerCnxnFactory之后就可以对外提供服务了，至此单机版的ZK服务器启动完毕

集群版ZK服务器的启动过程

zk源码阅读26:集群版服务器启动概述 - 简书

预启动过程与单机版一致

初始化
  1. 创建并初始化 ServerCnxnFactory
  2. 创建ZooKeeper数据管理器 FileTxnSnapLog
  3. 创建QuorumPeer 实例：Quorum是集群模式下特有的对象，是ZooKeeper服务器实例ZooKeeperServer的托管者。从集群层面看QuorumPeer代表了ZooKeeper集群中的一台机器。在运行期间，Quorum会不断检测当前服务器实例的运行状态，同时根据情况发起Leader选举
  4. 创建内存数据库 ZKDatabase，管理ZooKeeper的所有会话记录以及DataTree 和事务日志的存储
  5. 初始化 QuorumPeer，将一些核心组件注册到QuorumPeer，包括 FileTxnSnapLog、ServerCnxnFactory、ZKDatabase，同时配置一些参数，包括服务器地址列表、Leader选举算法和会话超时时间限制等
  6. 恢复本地数据
  7. 启动 ServerCnxnFactory 主线程
Leader选举
  1. Leader选举初始化阶段：Leader选举是集群版启动流程与单机版最大的不同，ZK会根据SID（服务器分配的ID）、lastLoggedZxid（最新的ZXID）和当前的服务器epoch（currentEpoch）生成一个初始化的投票，初始化过程中每个服务器会为自己投票。 ZooKeeper会根据zoo.cfg中的配置（electionAlg），创建响应的Leader选举算法实现，3.4.0之前支持 LeaderElection/AuthFastLeaderElection/FastLeaderElection 三种算法实现，3.4.0之后只支持FastLeaderElection。 在初始化阶段，ZooKeeper会首先创建Leader选举所需的网络IO层 QuorumCnxManager，同时启动对Leader选举端口的监听，等待集群中的其他服务器创建连接
  2. 注册JMX服务
  3. 检测当前服务器状态：QuorumPeer不断检测当前服务器的状态做出相应的处理，正常情况下，ZK服务器的状态在LOOKING、LEADING和FOLLOWING/OBSERVING之间进行切换，。启动阶段QuorumPeer的状态是LOOKING，因此开始进行Leader选举
  4. Leader选举：投票选举产生Leader服务器，其他机器成为Follower或是Observer； Leader选举算法的原则：集群中的数据越新（根据每个服务器处理过的最大ZXID来确定数据是否比较新）越有可能成为Leader，ZXID相同时SID越大越有可能成为Leader。
Leader和Follower服务器启动期交互过程

  • PrepRequestProcessor是Leader服务器的请求预处理器，在ZK中，将创建删除节点/更新数据/创建会话等会改变服务器状态的请求称为事务请求，对于事务请求，预处理器会进行一系列预处理，如创建请求事务头、事务体、会话检查、ACL检查和版本检查

  • ProposalRequestProcessor Leader的事务投票处理器，也是Leader服务器事务处理流程的发起者。

    • 对于非事务请求：直接将请求流转到CommitProcessor，不作其他处理
    • 对于事务请求：除了交给CommitProcessor，还会根据对应请求类型创建对应的Proposal，并发送给所有Follower服务器发起一次集群内的事务投票。ProposalRequestProcessor还会将事务请求交给SyncRequestProcessor进行事务日志的记录

  • SyncRequestProcessor 事务日志处理器，将事务请求记录到事务日志文件中，触发ZooKeeper进行数据快照

  • AckRequestProcessor 是Leader特有的处理器，负责在SyncRequestProcessor处理器完成事务日志记录后向Proposal的投票收集器发送ACK反馈，通知投票收集器当前服务器已完成对该Proposal的事务日志记录

  • CommitProcessor 事务提交处理器

  • ToBeCommitProcessor 该处理类中有一个toBeApplied队列（ConcurrentLinkedQueue toBeApplied）存储被CommitProcessor处理过的可被提交的Proposal，等待FinalRequestProcessor处理完提交的请求后从队列中移除

  • FinalRequestProcessor 进行客户端请求返回前的收尾工作：创建客户端请求的响应、将事务应用到内存数据库

LearnerHandler：Leader服务器会与每一个Follower/Observer服务器建立一个TCP长链接，同时为每个Follower/Observer服务器创建LearnerHandler。LearnerHandler是ZK集群中的Learner服务器的管理器，负责Follower/Observer服务器和Leader服务器之间的网络通信：数据同步、请求转发、Proposal提议的投票。

Follower

Follower的职责：处理客户端非事务请求，转发事务请求给Leader服务器；参与事务请求Proposal的投票；参与Leader选举投票；

Follower不需要负责事务请求的投票处理（所以不需要ProposalRequestProcessor），所以其请求处理链简单一些

  • FollowerRequestProcessor 识别出当前请求是否是事务请求，如果是事务请求，Follower就会将请求转发给Leader服务器，Leader服务器收到请求后提交给请求处理器链，按正常事务请求进行处理
  • SendAckRequestProcessor Follower服务器上另一个和Leader服务器有差异的请求处理器，与Leader服务器上的AckRequestProcessor类似，SendAckRequestProcessor同样承担了事务日志记录反馈的角色，在完成事务日志记录后，会向Leader服务器发送ACK消息表明自身完成了事务日志的记录工作。两者的一个区别是：AckRequestProcessor在Leader服务器上，因此ACK反馈是一个本地操作，而SendAckRequestProcessor在Follower上，需要通过ACK消息的形式向Leader服务器进行反馈。
Observer

观察ZooKeeper集群的最新状态并将这些状态变更同步过来，Observer服务器在工作原理上与Follower基本一致，对于非事务请求可以进行独立的处理，对于事务请求同样需要转发到Leader服。与Follower的一大区别是：Observer不参与任何形式的投票，包括Leader选举和事务请求Proposal的投票。

集群内消息通信

ZK集群各服务器间消息类型分为4类：数据同步型、服务器初始化型、请求处理型、会话管理型

数据同步消息

Learner与Leader进行数据同步使用的消息，分为4种（消息类型定义在Leader.java中，使用常量数字标记）：

  • DIFF, 13 Leader发送给Learner，通知Learner进行DIFF方式的数据同步
  • TRUNC, 14 Leader --> Learner 触发Learner服务器进行内存数据库的回滚操作
  • SNAP, 15 Leader --> Learner 通知Learner，Leader即将与其进行全量数据同步
  • UPTODATE, 12 Leader --> Learner 通知Learner完成了数据同步，可以对外提供服务
服务器初始化型消息

整个集群或某些机器初始化时，Leader与Learner之间相互通信所使用的消息类型：

  • OBSERVERINFO，16： Observer在启动时发送消息给Leader，用于向Leader注册Observer身份，消息中包含当前Observer服务器的SID和已经处理的最新ZXID
  • FOLLOWERINFO，11：Follower启动时发送包含SID和已处理的最新ZXID的注册消息到Leader
  • LEADERINFO，17：上述两种情形下，Leader服务器会返回包含最新EPOCH值的LeaderInfo返回给Observer或Follower
  • ACKEPOCH，18：Learner在收到LEADERINFO消息时会将自己的最新ZXID和EPOCH以ACKEPOCH消息的形式发送给Leader
  • NEWLEADER，10：足够多的Follower连接上Leader服务器，或是Leader服务器完成数据同步后，Leader向Learner发送的阶段性标识信息，包含当前最新ZXID
请求处理型

请求处理过程中Leader和Learner之间互相通信所使用的消息：

  • REQUEST，1：Learner收到事务请求时需要将请求转发给Leader，该请求使用REQUEST消息的形式进行转发
  • PROPOSAL，2：在处理事务请求时，Leader服务器会将事务请求以PROPOSAL消息的形式创建投票发送给集群中的所有的Follower进行事务日志的记录
  • ACK，3：Follower完成事务日志的记录后会以ACK消息的形式反馈给Leader
  • COMMIT，4：Leader通知集群中的所有Follower，可以进行事务请求的提交了，Leader在收到过半Follower发来的ACK消息后，进入事务请求的最终提交流程——生成COMMIT消息，告知所有Follower进行事务请求的提交，这是一个2PC的过程
  • INFORM，8：Leader发起事务投票并通知提交事务，只需要PROPOSAL和COMMIT消息给Follower就可以了，而Observer不参与事务投票，无法接收COMMIT消息，但需要知道事务提交的内容，所以ZK设计了INFORM消息发给Observer，消息中会携带事务请求的内容
  • SYNC，7：Leader通知Learner服务器已完成Sync操作
会话管理型

ZK服务器在进行会话管理过程中，与Learner服务器之间通信所使用的消息：

  • PING，5：ZK客户端随机选择一个服务器进行连接，所以Leader服务器无法直接收到所有客户端的心跳检测，所以需要委托Learner维护所有客户端的心跳检测。Leader定时向Learner发送PING消息就是要求Learner将一段时间内保持心跳检测的客户端列表同样以PING消息的形式返回给Leader，这样Leader就能获取到全部客户端的活跃状态并进行会话激活了。
  • REVALIDATE，6：客户端发生重连后（可能切换了服务器）新连接的服务器需要向Leader发送REVALIDATE消息以确定客户端会话是否已经超时。

客户端请求的处理

会话创建请求

ZK服务端对于会话创建的处理，可以分为请求接收、会话创建、预处理、事务处理、事务应用和会话响应。

zookeeper源码分析(3)— 一次会话的创建过程 - 简书— 一次会话的创建过程 - 简书")

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由于文件比较多，这里只是将部分目录截图出来，全套包含大厂面经、学习笔记、源码讲义、实战项目、大纲路线、讲解视频，并且后续会持续更新

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用于确保事务请求的顺序性，便于CommitProcessor检测当前集群中是否正在进行事务请求的投票
+ 等待Proposal投票：Commit流程处理时，Leader根据当前事务请求生成Proposal广播给所有Follower，此时Commit流程需要等待
+ 投票通过，提议获得过半机器认可，ZK会将请求放入committedRequests队列中，同时唤醒Commit流程
+ 提交请求：将请求放入toProcess队列中，交给FinalRequestProcessor处理

事务应用
  1. FinalRequestProcessor检查outstandingChanges队列中请求的有效性，如果队列中的请求落后于当前正在处理的请求，则从队列中移除
  2. 之前的请求处理逻辑中仅仅是将事务请求记录到了事务日志中，内存数据库中的状态尚未变更。因此需要将事务变更应用到内存数据库中。对于会话创建这种“事务请求”，只需向SessionTracker进行会话注册
  3. 完成内容应用后将事务请求放入队列 commitProposal，这个队列保存最近被提交的事务请求，以便集群间机器进行数据的快速同步

[外链图片转存中…(img-YBQD3BIG-1715341903538)]
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