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[大数据]Zookeeper源代码解析-Zookeeper服务器启动流程(集群版)

前言:

之前的文章中介绍过Zookeeper服务器(单机版)的启动流程。但是在实际的运用中,Zookeeper大都以集群模式来运行(这样才能实现其高可用)。所以从本文开始,我们正式进入集群模式的分析。包括服务器的启动、Leader的选举、集群处理各种事务非事务请求的过程。

1.搭建一个伪集群Zookeeper

笔者资源有限,所以在本地就搭了一个伪集群模式的Zookeeper服务,仅用于分析集群启动的过程。

1.1 将单机版本的Zookeeper资源拷贝

网上很多使用一份Zookeeper服务端资源的示例,笔者为了方便,直接拷贝成三份,这样后续直接修改每一份的配置即可,如下所示:

1.2 修改zoo.cfg配置

1.2.1 zookeeper-3.4.11_1/conf/zoo.cfg修改如下

dataDir=../data
clientPort=2181
server.1=localhost:2287:3387
server.2=localhost:2288:3388
server.3=localhost:2289:3389

1.2.2?zookeeper-3.4.11_2/conf/zoo.cfg修改如下

dataDir=../data
clientPort=2182
server.1=localhost:2287:3387
server.2=localhost:2288:3388
server.3=localhost:2289:3389

1.2.3?zookeeper-3.4.11_3/conf/zoo.cfg修改如下

dataDir=../data
clientPort=2183
server.1=localhost:2287:3387
server.2=localhost:2288:3388
server.3=localhost:2289:3389

1.3 添加myid文件(整个文件名即为myid,没有后缀)

zookeeper-3.4.11_1/data/下添加myid文件,文件内容为:3;

zookeeper-3.4.11_2/data/下添加myid文件,文件内容为:2;

zookeeper-3.4.11_3/data/下添加myid文件,文件内容为:1;

1.4 逐个启动

执行zookeeper-3.4.11_1/bin/zkServer.cmd;

执行zookeeper-3.4.11_2/bin/zkServer.cmd;

执行zookeeper-3.4.11_3/bin/zkServer.cmd;

验证 TODO

2.zookeeper集群版启动流程

参考之前单机版启动流程,我们可知,本质上还是启动QuorumPeerMain.main()方法

2.1?QuorumPeerMain.main()

public class QuorumPeerMain {
	public static void main(String[] args) {
        QuorumPeerMain main = new QuorumPeerMain();
        try {
        	// 直接调用initializeAndRun
            main.initializeAndRun(args);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            ...
        System.exit(0);
    }
    
    protected void initializeAndRun(String[] args)
        throws ConfigException, IOException
    {
        QuorumPeerConfig config = new QuorumPeerConfig();
        if (args.length == 1) {
        	// 直接将zoo.cfg配置文件交由QuorumPeerConfig解析
            config.parse(args[0]);
        }

        // 提供一个定时任务,来清理data数据和log数据
        DatadirCleanupManager purgeMgr = new DatadirCleanupManager(config
                .getDataDir(), config.getDataLogDir(), config
                .getSnapRetainCount(), config.getPurgeInterval());
        purgeMgr.start();

        if (args.length == 1 && config.servers.size() > 0) {
            // 集群模式启动
            runFromConfig(config);
        } else {
            LOG.warn("Either no config or no quorum defined in config, running "
                    + " in standalone mode");
            // 单机模式的启动
            ZooKeeperServerMain.main(args);
        }
    }
}

与之前分析单机版本的路线不同,这里执行了runFromConfig()这个方法。

2.2 QuorumPeerMain.runFromConfig()

public class QuorumPeerMain {
	public void runFromConfig(QuorumPeerConfig config) throws IOException {
      try {
          ManagedUtil.registerLog4jMBeans();
      } catch (JMException e) {
          LOG.warn("Unable to register log4j JMX control", e);
      }
  
      LOG.info("Starting quorum peer");
      try {
          // 端口服务类,监听请求
          ServerCnxnFactory cnxnFactory = ServerCnxnFactory.createFactory();
          // 在这里配置的是clientPort和maxClientCnxns参数
          cnxnFactory.configure(config.getClientPortAddress(),
                                config.getMaxClientCnxns());

          // 重要的QuorumPeer对象,后续都是对其的分析
          quorumPeer = getQuorumPeer();

          // 设置QuorumPeer参数,基本都是在zoo.cfg中配置的参数
          quorumPeer.setQuorumPeers(config.getServers());
          quorumPeer.setTxnFactory(new FileTxnSnapLog(
                  new File(config.getDataLogDir()),
                  new File(config.getDataDir())));
          quorumPeer.setElectionType(config.getElectionAlg());
          quorumPeer.setMyid(config.getServerId());
          quorumPeer.setTickTime(config.getTickTime());
          quorumPeer.setInitLimit(config.getInitLimit());
          quorumPeer.setSyncLimit(config.getSyncLimit());
          quorumPeer.setQuorumListenOnAllIPs(config.getQuorumListenOnAllIPs());
          quorumPeer.setCnxnFactory(cnxnFactory);
          quorumPeer.setQuorumVerifier(config.getQuorumVerifier());
          quorumPeer.setClientPortAddress(config.getClientPortAddress());
          quorumPeer.setMinSessionTimeout(config.getMinSessionTimeout());
          quorumPeer.setMaxSessionTimeout(config.getMaxSessionTimeout());
          quorumPeer.setZKDatabase(new ZKDatabase(quorumPeer.getTxnFactory()));
          quorumPeer.setLearnerType(config.getPeerType());
          quorumPeer.setSyncEnabled(config.getSyncEnabled());

          ...

          quorumPeer.setQuorumCnxnThreadsSize(config.quorumCnxnThreadsSize);
          quorumPeer.initialize();

          quorumPeer.start();
          quorumPeer.join();
      } catch (InterruptedException e) {
          // warn, but generally this is ok
          LOG.warn("Quorum Peer interrupted", e);
      }
    }
}

到这里基本启动就结束了,都交由QuorumPeer来执行了。一头雾水,我们慢慢看,先来看下QuorumPeer具体是做什么的。

3.QuorumPeer

3.1?QuorumPeer主要属性分析

// This class manages the quorum protocol
public class QuorumPeer extends ZooKeeperThread implements QuorumStats.Provider {
 
    // 内存数据库
    private ZKDatabase zkDb;
    // 集群中的节点信息
    protected Map<Long, QuorumServer> quorumPeers;
    // 当前节点的myid值
    private long myid;
    
    // 是否运行状态
    volatile boolean running = true;
    
    // 节点状态,有LOOKING, FOLLOWING, LEADING, OBSERVING;这些状态
    private ServerState state = ServerState.LOOKING;
    
    // 配置的server.1=localhost:2287:3387地址信息
    private InetSocketAddress myQuorumAddr;
    
    // leader选举算法类
    Election electionAlg;
    // 端口服务监听
    ServerCnxnFactory cnxnFactory;
    
    // 事务日志、快照日志处理器
    private FileTxnSnapLog logFactory = null;
    
    public static class QuorumServer {
        // 服务用的节点地址
     	public InetSocketAddress addr;
		// 选举用的节点地址
        public InetSocketAddress electionAddr;
        
        public String hostname;

        public int port=2888;

        public int electionPort=-1;

        public long id;
        // 当前节点状态 FOLLOWER | OBSERVER
        public LearnerType type = LearnerType.PARTICIPANT;   
    }
    
    // 节点运行状态,默认是LOOKING
    public enum ServerState {
        LOOKING, FOLLOWING, LEADING, OBSERVING;
    }
    
    // 跟随者的状态,要么FOLLOWER要么OBSERVER
    public enum LearnerType {
        PARTICIPANT, OBSERVER;
    }
    
}

如何理解QuorumPeer呢?可以把它理解成ZookeeperServer的托管者,每个QuorumPeer代表了集群中的一台机器,QuorumPeer对象存放了该节点的基本信息。

3.2 QuorumPeer.start() 启动服务

public class QuorumPeer extends ZooKeeperThread implements QuorumStats.Provider {
	public synchronized void start() {
        // 加载快照日志,具体见3.2.1
        loadDataBase();
        
        // 启动服务监听,基本同单机版
        cnxnFactory.start();       
        // 启动leader选举,后续博客分析
        startLeaderElection();
        // 由于QuorumPeer继承了Thread,故其start()方法会执行当前run()方法
        super.start();
    }
}

3.2.1 QuorumPeer.loadDataBase() 加载快照日志

public class QuorumPeer extends ZooKeeperThread implements QuorumStats.Provider {
	private void loadDataBase() {
        File updating = new File(getTxnFactory().getSnapDir(),
                                 UPDATING_EPOCH_FILENAME);
		try {
            // 这里与之前分析单机版的ZKDatabase没有区别
            zkDb.loadDataBase();

            // load the epochs
            long lastProcessedZxid = zkDb.getDataTree().lastProcessedZxid;
    		long epochOfZxid = ZxidUtils.getEpochFromZxid(lastProcessedZxid);
            try {
            	currentEpoch = readLongFromFile(CURRENT_EPOCH_FILENAME);
                if (epochOfZxid > currentEpoch && updating.exists()) {
                    LOG.info("{} found. The server was terminated after " +
                             "taking a snapshot but before updating current " +
                             "epoch. Setting current epoch to {}.",
                             UPDATING_EPOCH_FILENAME, epochOfZxid);
                    setCurrentEpoch(epochOfZxid);
                    if (!updating.delete()) {
                        throw new IOException("Failed to delete " +
                                              updating.toString());
                    }
                }
            } catch(FileNotFoundException e) {
            	// pick a reasonable epoch number
            	// this should only happen once when moving to a
            	// new code version
            	currentEpoch = epochOfZxid;
            	LOG.info(CURRENT_EPOCH_FILENAME
            	        + " not found! Creating with a reasonable default of {}. This should only happen when you are upgrading your installation",
            	        currentEpoch);
            	writeLongToFile(CURRENT_EPOCH_FILENAME, currentEpoch);
            }
            if (epochOfZxid > currentEpoch) {
            	throw new IOException("The current epoch, " + ZxidUtils.zxidToString(currentEpoch) + ", is older than the last zxid, " + lastProcessedZxid);
            }
            try {
            	acceptedEpoch = readLongFromFile(ACCEPTED_EPOCH_FILENAME);
            } catch(FileNotFoundException e) {
            	// pick a reasonable epoch number
            	// this should only happen once when moving to a
            	// new code version
            	acceptedEpoch = epochOfZxid;
            	LOG.info(ACCEPTED_EPOCH_FILENAME
            	        + " not found! Creating with a reasonable default of {}. This should only happen when you are upgrading your installation",
            	        acceptedEpoch);
            	writeLongToFile(ACCEPTED_EPOCH_FILENAME, acceptedEpoch);
            }
            if (acceptedEpoch < currentEpoch) {
            	throw new IOException("The accepted epoch, " + ZxidUtils.zxidToString(acceptedEpoch) + " is less than the current epoch, " + ZxidUtils.zxidToString(currentEpoch));
            }
        } catch(IOException ie) {
            LOG.error("Unable to load database on disk", ie);
            throw new RuntimeException("Unable to run quorum server ", ie);
        }
	}
}

除了标准的加载快照日志到ZKDatabase中的操作外,还有关于currentEpoch和acceptedEpoch的操作。

epoch就是关于Leader纪元的概念,通过ZXID我们可以确定当前Zookeeper集群的纪元,每更换一次leader,epoch加1。

启动完流程我们会发现在我们指定的dataDir目录下有两个文件currentEpoch、acceptedEpoch,里面写了一个数字(首次就是1)。

有关于这两个参数的更多释义可以参考:?ZOOKEEPER335 为什么要区分acceptedEpoch 和 currentEpoch - 云+社区 - 腾讯云? ?

3.3 QuorumPeer.run()

在执行完leader选举后(后续专门博客分析),下面就是执行当前run()方法

public class QuorumPeer extends ZooKeeperThread implements QuorumStats.Provider {
	public void run() {
        // 设置 当前线程名称
        setName("QuorumPeer" + "[myid=" + getId() + "]" +
                cnxnFactory.getLocalAddress());

        LOG.debug("Starting quorum peer");
        try {
            // jmx相关,可以不了解
            jmxQuorumBean = new QuorumBean(this);
            MBeanRegistry.getInstance().register(jmxQuorumBean, null);
            for(QuorumServer s: getView().values()){
                ZKMBeanInfo p;
                if (getId() == s.id) {
                    p = jmxLocalPeerBean = new LocalPeerBean(this);
                    try {
                        MBeanRegistry.getInstance().register(p, jmxQuorumBean);
                    } catch (Exception e) {
                        LOG.warn("Failed to register with JMX", e);
                        jmxLocalPeerBean = null;
                    }
                } else {
                    p = new RemotePeerBean(s);
                    try {
                        MBeanRegistry.getInstance().register(p, jmxQuorumBean);
                    } catch (Exception e) {
                        LOG.warn("Failed to register with JMX", e);
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            LOG.warn("Failed to register with JMX", e);
            jmxQuorumBean = null;
        }

        try {
            // 这里是关键
            while (running) {
                // 获取当前节点的状态LOOKING, FOLLOWING, LEADING, OBSERVING
                // 根据不同的状态启动不同的server
                switch (getPeerState()) {
                case LOOKING:
                    LOG.info("LOOKING");
                        ...
                    break;
                case OBSERVING:
                    ...
                    break;
                case FOLLOWING:
                    ...
                    break;
                case LEADING:
                    ...
                    break;
                }
            }
        } finally {
            LOG.warn("QuorumPeer main thread exited");
            try {
                MBeanRegistry.getInstance().unregisterAll();
            } catch (Exception e) {
                LOG.warn("Failed to unregister with JMX", e);
            }
            jmxQuorumBean = null;
            jmxLocalPeerBean = null;
        }
    }
}

我们把run()方法拆开来分析,后续会有三篇博客分别介绍Leader、Follower、Observer类型的server启动的过程。

可以先来看下其继承关系

之前我们分析单机版启动过程时,分析的就是ZookeeperServer。

总结:

本文算是一篇引导文,Zookeeper集群相关的知识点相对于单机版多了不少,所以,我们先了解其启动框架,后续会对每一种角色的节点进行详细分析。

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