ZooKeeper 的工作原理可以概括为以下几个方面:

1. 数据模型
ZooKeeper 使用树形目录节点(znode)来建模关键的数据,每个 znode 可以存储数据内容,也可以作为目录包括子节点。客户端可以在节点上设置监听器。

2. 一致性算法
ZooKeeper 使用 ZAB(ZooKeeper Atomic Broadcast)协议来保证分布式数据的一致性,基于状态机以原子广播的方式提交更改。

3. 角色
ZooKeeper 集群有 Leader、Follower 和 Observer 三种角色,Leader 负责投票的发起和决议,Follower 需要响应并同步 Leader 的状态变更。

4. 写操作处理
客户端的写请求会被转发给 Leader 节点,Leader 生成事务提案并使用 ZAB 协议广播给所有 Follower 节点,获得半数以上节点的确认后即可提交。

5. 读操作处理
客户端可以从任意的 Follower 节点读取数据,如果该节点的数据副本不是最新的,则会导致读取旧数据,ZooKeeper 会使用一致性协议来修复它。

6. 节点类型
ZooKeeper 支持持久节点、临时节点、序列节点等不同类型,用于表示不同的业务语义。

7. 通知机制
客户端可以在节点上注册 Watcher 监听器,当该节点状态发生变化时,会触发注册的回调函数,实现分布式通知。

8. 会话管理
ZooKeeper 为每个客户端维护一个会话,有心跳检测机制,如果长时间没有收到心跳包,则表明客户端会话失效。