• 02.ZooKeeper的Java客户端使用


    1.ZooKeeper常用客户端比较

    1.ZooKeeper常用客户端
        zookeeper的常用客户端有3种，分别是：zookeeper原生的、Apache Curator、开源的zkclient，下面分别对介绍它们：
    • zookeeper自带的客户端是官方提供的，比较底层、使用起来写代码麻烦、不够直接。
    • Apache Curator是Apache的开源项目，封装了zookeeper自带的客户端，使用相对简便，易于使用。
    • zkclient是另一个开源的ZooKeeper客户端，其地址：https://github.com/adyliu/zkclient生产环境不推荐使用。 
     zookeeper原生客户端Maven地址：
    1. <dependency>
    2.     <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    3.     <artifactId>zookeeper</artifactId>
    4.     <version>3.4.6</version>
    5. </dependency>
    Apache Curator的Maven地址：
    1. <dependency>
    2.     <groupId>org.apache.curator</groupId>
    3.     <artifactId>curator-framework</artifactId>
    4.     <version>2.9.0</version>
    5. </dependency>
    zkclient的Maven地址：
    1. <dependency>
    2.     <groupId>com.github.adyliu</groupId>
    3.     <artifactId>zkclient</artifactId>
    4.     <version>2.1.1</version>
    5. </dependency>
    2.三种ZooKeeper客户端比较
        由于Apache Curator是其中比较完美的ZooKeeper客户端，所以主要介绍Curator的特性来进行比较！
    Curator几个组成部分
    1.Client: 是ZooKeeper客户端的一个替代品, 提供了一些底层处理和相关的工具方法
    2.Framework: 用来简化ZooKeeper高级功能的使用, 并增加了一些新的功能, 比如管理到ZooKeeper集群的连接, 重试处理
    3.Recipes: 实现了通用ZooKeeper的recipe, 该组件建立在Framework的基础之上
    4.Utilities:各种ZooKeeper的工具类
    5.Errors: 异常处理, 连接, 恢复等
    6.Extensions: recipe扩展

    Curator主要解决了三类问题
    1.封装ZooKeeper client与ZooKeeper server之间的连接处理
    2.提供了一套Fluent风格的操作API
    3.提供ZooKeeper各种应用场景(recipe, 比如共享锁服务, 集群领导选举机制)的抽象封装

    Curator列举的ZooKeeper使用过程中的几个问题
    • 初始化连接的问题: 在client与server之间握手建立连接的过程中,如果握手失败,执行所有的同步方法(比如create,getData等)将抛出异常
    • 自动恢复(failover)的问题: 当client与一台server的连接丢失,并试图去连接另外一台server时, client将回到初始连接模式
    • session过期的问题: 在极端情况下,出现ZooKeeper session过期,客户端需要自己去监听该状态并重新创建ZooKeeper实例
    • 对可恢复异常的处理:当在server端创建一个有序ZNode,而在将节点名返回给客户端时崩溃,此时client端抛出可恢复的异常,用户需要自己捕获这些异常并进行重试
    • 使用场景的问题:Zookeeper提供了一些标准的使用场景支持,但是ZooKeeper对这些功能的使用说明文档很少,而且很容易用错.在一些极端场景下如何处理,zk并没有给出详细的文档说明.比如共享锁服务,当服务器端创建临时顺序节点成功,但是在客户端接收到节点名之前挂掉了,如果不能很好的处理这种情况,将导致死锁
    Curator主要从以下几个方面降低了zk使用的复杂性
    1.重试机制:提供可插拔的重试机制, 它将给捕获所有可恢复的异常配置一个重试策略,并且内部也提供了几种标准的重试策略(比如指数补偿)
    2.连接状态监控: Curator初始化之后会一直的对zk连接进行监听, 一旦发现连接状态发生变化, 将作出相应的处理
    3.zk客户端实例管理:Curator对zk客户端到server集群连接进行管理.并在需要的情况, 重建zk实例,保证与zk集群的可靠连接
    4.各种使用场景支持:Curator实现zk支持的大部分使用场景支持(甚至包括zk自身不支持的场景),这些实现都遵循了zk的最佳实践,并考虑了各种极端情况

    Curator声称的一些亮点
    1.日志工具
    • 内部采用SLF4J 来输出日志
    • 采用驱动器(driver)机制, 允许扩展和定制日志和跟踪处理
    • 提供了一个TracerDriver接口, 通过实现addTrace()和addCount()接口来集成用户自己的跟踪框架
    2.和Curator相比, 另一个ZooKeeper客户端——zkClient的不足之处
    • 文档几乎没有
    • 异常处理弱爆了(简单的抛出RuntimeException)
    • 重试处理太难用了
    • 没有提供各种使用场景的实现
    3.对ZooKeeper自带客户端(ZooKeeper类)的"抱怨"
    • 只是一个底层实现
    • 要用需要自己写大量的代码
    • 很容易误用
    • 需要自己处理连接丢失, 重试等

    2.ZooKeeper原生客户端基本使用

    1.ZooKeeper自带客户端API介绍
        ZooKeeper自带客户端的主要类是ZooKeeper类，下面介绍ZooKeeper API的使用：
    ZooKeeper类的构造方法如下：

    从上图可知创建ZooKeeper类对象除了需要ZooKeeper服务端连接字符串(IP地址：端口)，还必须提供一个Watcher对象。Watcher是一个接口，当服务器节点花发生变化就会以事件的形式通知Watcher对象。所以Watcher常用来监听节点，当节点发生变化时客户端就会知道。

    ZooKeeper类还有对节点进行增删改的操作方法，主要方法如下：
        create：用于创建节点，可以指定节点路径、节点数据、节点的访问权限、节点类型
        delete：删除节点，每个节点都有一个版本，删除时可指定删除的版本，类似乐观锁。设置-1，则就直接删除节点。
        exists：节点存不存在，若存在返回节点Stat信息，否则返回null
        getChildren：获取子节点
        getData/setData：获取节点数据
        getACL/setACL：获取节点访问权限列表，每个节点都可以设置访问权限，指定只有特定的客户端才能访问和操作节点。
    在这些方法中的boolean watch参数表示是否监听当前节点(使用的监听Watcher就是构造ZooKeeper对象时的watcher)，而方法中的Watcher watcher参数则是使用指定的watcher来监听当前节点。
    ZooKeeper类所有的方法如下图：

    2.ZooKeeper自带客户端的简单操作示例
    1. public static void main(String[] args) throws IOException, KeeperException, InterruptedException
    2. {
    3.     // 创建一个与服务器的连接 需要(服务端的 ip+端口号)(session过期时间)(Watcher监听注册)
    4.     ZooKeeper zk = new ZooKeeper("192.168.110.100:2181", 3000, new Watcher()
    5.     {
    6.         // 监控所有被触发的事件
    7.         public void process(WatchedEvent event)
    8.         {
    9.             System.out.println(event.toString());
    10.         }
    11.     });
    12.     System.out.println("OK!");
    14.     // 创建一个目录节点
    15.     /**
    16.      * CreateMode:
    17.      *       PERSISTENT (持续的，相对于EPHEMERAL，不会随着client的断开而消失)
    18.      *       PERSISTENT_SEQUENTIAL（持久的且带顺序的）
    19.      *       EPHEMERAL (短暂的，生命周期依赖于client session)
    20.      *       EPHEMERAL_SEQUENTIAL  (短暂的，带顺序的)
    21.      */
    22.     zk.create("/path01", "data01".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    24.     // 创建一个子目录节点
    25.     zk.create("/path01/path01", "data01/data01".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    26.     System.out.println(new String(zk.getData("/path01", false, null)));
    28.     // 取出子目录节点列表
    29.     System.out.println(zk.getChildren("/path01", true));
    31.     // 创建另外一个子目录节点
    32.     zk.create("/path01/path02", "data01/data02".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
    33.     System.out.println(zk.getChildren("/path01", true));
    35.     // 修改子目录节点数据
    36.     zk.setData("/path01/path01", "data01/data01-01".getBytes(), -1);
    37.     byte[] datas = zk.getData("/path01/path01", true, null);
    38.     String str = new String(datas, "utf-8");
    39.     System.out.println(str);
    41.     // 删除整个子目录 -1代表version版本号，-1是删除所有版本
    42.     zk.delete("/path01/path01", -1);
    43.     zk.delete("/path01/path02", -1);
    44.     zk.delete("/path01", -1);
    45.     System.out.println(str);
    47.     Thread.sleep(15000);
    48.     zk.close();
    49.     System.out.println("OK");
    50. }
    节点类型说明：
    节点类型有4种：“PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL”其中“EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL”两种是客户端断开连接(Session无效时)节点会被自动删除；“PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL”两种是节点名后缀是一个自动增长序号。
    节点访问权限说明：
    节点访问权限由List<ACL>确定，但是有几个便捷的静态属性可以选择：
        Ids.CREATOR_ALL_ACL：只有创建节点的客户端才有所有权限
        Ids.OPEN_ACL_UNSAFE：这是一个完全开放的权限，所有客户端都有权限
        Ids.READ_ACL_UNSAFE：所有客户端只有读取的
    3.节点监听注意点
        使用Watcher监听时需要注意：所有的节点监听触发一次之后就不会再触发，需要重新再设置监听。但是当多个客户端同时监听某个节点时，要是这个节点发生变化，所有的客户端都会被触发！

    3.Apache Curator基本使用

        此处只是简单的介绍Apache Curator，是能作为入门使用，后面的章节会深入介绍基于Apache Curator实现Zookeeper的各种应用场景。在实际的工作中建议使用Apache Curator。
    1.Curator使用示例
    1. public static void main(String[] args) throws Exception
    2. {
    3.     CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("127.0.0.1:2181", new RetryNTimes(10, 5000));
    4.     client.start();// 连接
    5.     // 获取子节点，顺便监控子节点
    6.     List<String> children = client.getChildren().usingWatcher(new CuratorWatcher()
    7.     {
    8.         @Override
    9.         public void process(WatchedEvent event) throws Exception
    10.         {
    11.             System.out.println("监控： " + event);
    12.         }
    13.     }).forPath("/");
    14.     System.out.println(children);
    15.     // 创建节点
    16.     String result = client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).withACL(Ids.OPEN_ACL_UNSAFE).forPath("/test", "Data".getBytes());
    17.     System.out.println(result);
    18.     // 设置节点数据
    19.     client.setData().forPath("/test", "111".getBytes());
    20.     client.setData().forPath("/test", "222".getBytes());
    21.     // 删除节点
    22.     System.out.println(client.checkExists().forPath("/test"));
    23.     client.delete().withVersion(-1).forPath("/test");
    24.     System.out.println(client.checkExists().forPath("/test"));
    25.     client.close();
    26.     System.out.println("OK！");
    27. }
    CuratorFrameworkFactory工厂方法newClient()提供了一个简单方式创建实例。 而Builder提供了更多的参数控制。一旦你创建了一个CuratorFramework实例，你必须调用它的start()启动，在应用退出时调用close()方法关闭.
    Curator框架提供了一种流式接口。 操作通过builder串联起来， 这样方法调用类似语句一样。
    2. CuratorFramework类重要方法说明
    • create()        开始创建操作， 可以调用额外的方法(比如方式mode 或者后台执行background) 并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • delete()        开始删除操作. 可以调用额外的方法(版本或者后台处理version or background)并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • checkExists()   开始检查ZNode是否存在的操作. 可以调用额外的方法(监控或者后台处理)并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • getData()       开始获得ZNode节点数据的操作. 可以调用额外的方法(监控、后台处理或者获取状态watch, background or get stat) 并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • setData()       开始设置ZNode节点数据的操作. 可以调用额外的方法(版本或者后台处理) 并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • getChildren()   开始获得ZNode的子节点列表。 以调用额外的方法(监控、后台处理或者获取状态watch, background or get stat) 并在最后调用forPath()指定要操作的ZNode
    • inTransaction() 开始是原子ZooKeeper事务. 可以复合create, setData, check, and/or delete 等操作然后调用commit()作为一个原子操作提交
    3.Curator事件监听
    后台操作的通知和监控可以通过ClientListener接口发布。你可以在CuratorFramework实例上通过addListener()注册listener。
    1. client.getCuratorListenable().addListener(new CuratorListener()
    2. {
    3.     @Override
    4.     public void eventReceived(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception
    5.     {
    6.         System.out.println("事件： " + event);
    7.     }
    8. });
    9. client.getConnectionStateListenable().addListener(new ConnectionStateListener()
    10. {
    11.     @Override
    12.     public void stateChanged(CuratorFramework client, ConnectionState newState)
    13.     {
    14.         System.out.println("连接状态事件： " + newState);
    15.     }
    16. });
    18. client.getUnhandledErrorListenable().addListener(new UnhandledErrorListener()
    19. {
    20.     @Override
    21.     public void unhandledError(String message, Throwable e)
    22.     {
    23.         System.out.println("错误事件：" + message);
    24.     }
    25. });
    其事件触发时间说明：
    • CuratorListenable：当使用后台线程操作时，后台线程执行完成就会触发，例如：client.getData().inBackground().forPath("/test");后台获取节点数据，获取完成之后触发。
    • ConnectionStateListenable：当连接状态变化时触发。
    • UnhandledErrorListenable：当后台操作发生异常时触发。
    CuratorListenable事件触发返回的数据如下：
    1. 事件类型        事件返回数据
    2. CREATE          getResultCode() and getPath()
    3. DELETE          getResultCode() and getPath()
    4. EXISTS          getResultCode(), getPath() and getStat()
    5. GET_DATA        getResultCode(), getPath(), getStat() and getData()
    6. SET_DATA        getResultCode(), getPath() and getStat()
    7. CHILDREN        getResultCode(), getPath(), getStat(), getChildren()
    8. SYNC            getResultCode(), getStat()
    9. GET_ACL         getResultCode(), getACLList()
    10. SET_ACL         getResultCode()
    11. TRANSACTION     getResultCode(), getOpResults()
    12. WATCHED         getWatchedEvent()
    13. GET_CONFIG      getResultCode(), getData()
    14. RECONFIG        getResultCode(), getData()
    4.Curator其他功能介绍
    (1)命名空间
        你可以使用命名空间Namespace避免多个应用的节点的名称冲突。 CuratorFramework提供了命名空间的概念，这样CuratorFramework会为它的API调用的path加上命名空间：
    1. CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder().namespace("MyApp") ... build();
    (2)临时客户端
        Curator还提供了临时的CuratorFramework：CuratorTempFramework，一定时间不活动后连接会被关闭。创建builder时不是调用build()而是调用buildTemp()。3分钟不活动连接就被关闭，你也可以指定不活动的时间。
    1. CuratorTempFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
    2.     .connectString("127.0.0.1:2181")// 连接串
    3.     .retryPolicy(new RetryNTimes(10, 5000))// 重试策略
    4.     .connectionTimeoutMs(100) // 连接超时
    5.     .sessionTimeoutMs(100) // 会话超时
    6.     .buildTemp(100, TimeUnit.MINUTES); // 临时客户端并设置连接时间
    它只提供了下面几个方法：
    1. public void     close();
    2. public CuratorTransaction inTransaction() throws Exception;
    3. public TempGetDataBuilder getData() throws Exception;
    (3)Retry策略
        retry策略可以改变retry的行为。 它抽象出RetryPolicy接口， 包含一个方法public boolean allowRetry(int retryCount, long elapsedTimeMs);。 在retry被尝试执行前， allowRetry()被调用，并且将当前的重试次数和操作已用时间作为参数. 如果返回true， retry被执行。否则异常被抛出。
    Curator本身提供了几个策略:
    • ExponentialBackoffRetry:重试一定次数，每次重试sleep更多的时间
    • RetryNTimes:重试N次
    • RetryOneTime:重试一次
    • RetryUntilElapsed:重试一定的时间
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