微服务中Zookeeper的应用及原理

一、背景

了解微服务的小伙伴都应该知道Zookeeper，ZooKeeper是一个分布式的,开源的分布式应用程序协调服务。现在比较流行的微服务框架Dubbo、Spring Cloud都可以使用Zookeeper作为服务发现与组册中心。但是，为什么Zookeeper就能实现服务发现与组册呢？

二、Zookeeper的特性

我们先来了解一下Zookeeper的特性吧，因为它的特性决定了它的使用场景。

1.树状目录结构

如上图，Zookeeper是一个树状的文件目录结构，有点想应用系统中的文件系统的概念。每个子目录（如App）被称为znode，我们可以对每个znode进行增删改查。

2.持久节点(Persistent)

客户端与zookeeper服务端断开连接后，该节点仍然存在。

3.持久有序节点(Persistent_sequential)

在持久节点基础上，由zookeeper给该节点名称进行有序编号，如0000001，0000002。

4.临时节点(Ephemeral)

客户端与zookeeper服务端断开连接后，该节点被删除。临时节点下，不存在子节点。

5.临时有序节点(Ephemeral_sequential)

在临时节点基础上，由zookeeper给该节点名称进行有序编号，如0000001，0000002。

6.节点监听(Wacher)

客户端2注册监听它关心的临时节点SubApp1的变化，当临时节点SubApp1发生变化时（如图中被删除的时候），zookeeper会通知客户端2。
该机制是zookeeper实现分布式协调的重要特性。我们可以通过get，exists，getchildren三种方式对某个节点进行监听。但是该事件只会通知一次。

三、微服务中应用场景

1.分布式锁

分布式锁主要解决不同进程中的资源同步问题。大家可以联想一下单进程中的多线程共享资源的情况，线程需要访问共享资源，首先要获得锁，操作完共享资源后便释放锁。分布式中，上述的锁就变成了分布式锁了。那这个分布式锁又是如何实现呢？

步骤1: 如图，根据zookeeper有序临时节点的特性，每个进程对应连接一个有序临时节点（进程1对应节点/znode/00000001，进程2对应节点/znode/00000002…如此类推）。每个进程监听对应的上一个节点的变化。编号最小的节点对应的进程获得锁，可以操作资源。

步骤2: 当进程1完成业务后，删除对应的子节点/znode/00000001，释放锁。此时，编号最小的锁便获得锁（即/znode/00000002对应进程）。
重复以上步骤，保证了多个进程获取的是同一个锁，且只有一个进程能获得锁，就是zookeeper分布式锁的实现原理。

2.服务注册与发现

2.1 背景

在微服务中，服务提供方把服务注册到zookeeper中心去如图中的Member服务，但是每个应用可能拆分成多个服务对应不同的Ip地址，zookeeper注册中心可以动态感知到服务节点的变化。
服务消费方（Order 服务）需要调用提供方（Member 服务）提供的服务时，从zookeeper中获取提供方的调用地址列表，然后进行调用。这个过程称为服务的订阅。

2.2服务注册原理

rpc框架会在zookeeper的注册目录下，为每个应用创建一个持久节点，如order应用创建order持久节点，member应用创建member持久节点。
然后在对应的持久节点下，为每个微服务创建一个临时节点，记录每个服务的URL等信息。

2.3服务动态发现原理

由于服务消费方向zookeeper订阅了（监听）服务提供方，一旦服务提供方有变动的时候（增加服务或者减少服务），zookeeper就会把最新的服务提供方列表（member list）推送给服务消费方，这就是服务动态发现的原理。