ZooKeeper技术解析与面试指南

ZooKeeper 是什么？

• ZooKeeper 是一款用于维护配置信息、命名、提供分布式同步服务和组服务的开源软件。它设计用于分布式读多于写的场景，支持最终一致性。
• 开发人员可以通过ZooKeeper实现包括但不限于数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Leader选举、分布式锁和队列等高级功能。
• ZooKeeper 确保了分布式环境下的关键特性，如顺序一致性、原子性、单一系统映像、可靠性和实时性（最终一致性）。
• 在ZooKeeper集群中，读操作可以由任何节点处理，如果设置了监听器，则监听器由同一节点处理。写操作则需要集群中大多数节点确认后才能完成，这导致随着集群规模的扩大，虽然读取性能提升，但写入性能可能下降。
• 有序性是ZooKeeper的重要特性之一，所有更新操作都遵循全局顺序，每个更新操作都有唯一的事务ID (zxid)。读操作则相对于最近的更新操作有序。

ZooKeeper 支持哪些功能？

• 集群管理：监控节点状态，确保服务正常运行。
• Leader选举：在主节点故障时自动选择新的主节点，保持服务连续性。
• 分布式锁：提供独占锁和共享锁，用于控制资源访问，避免并发冲突。
• 命名服务：为分布式系统中的资源和服务提供统一的命名空间，便于查找和管理。

ZooKeeper 提供了哪些组件？

• 类似于文件系统的层次结构存储模型。
• 事件通知机制，用于及时响应数据变化。

ZooKeeper 有哪些部署方式？

• 单机模式：适合测试环境，仅在一个节点上运行。
• 伪集群模式：在同一物理机上启动多个ZooKeeper实例，适用于测试和开发阶段。
• 集群模式：多个节点组成集群，提供高可用性和容错能力。

ZooKeeper 如何保证主从节点同步？

• 利用原子广播技术，即ZAB协议，确保所有节点间的数据同步。ZAB协议包括两个阶段：恢复阶段和广播阶段。恢复阶段用于选举新的Leader，并确保所有Follower与Leader同步；广播阶段则负责数据的同步更新。

为什么集群中需要主节点？

• 在分布式系统中，某些任务只需由单一节点执行，以避免重复计算并提高效率。主节点的存在确保了这一点，同时简化了任务分配和状态管理。

集群中有3个节点，若其中一个节点失效，ZooKeeper还能正常工作吗？

• 可以。ZooKeeper设计为即使部分节点失效也能继续运作，前提是剩余的活跃节点数量仍能构成多数。例如，在三节点集群中，允许一个节点失效而不影响整体服务。

ZooKeeper 的通知机制是如何工作的？

• 客户端可以在特定的znode上设置watcher，一旦该znode发生更改，ZooKeeper会立即通知所有相关的客户端，使它们能够快速响应数据变动，从而触发相应的业务逻辑调整。