Zookeeper 面试题（一）

1. ZooKeeper 适合哪些应用场景？

ZooKeeper 是一个高性能、高可靠的分布式协调系统，它在分布式系统和大数据领域中有着广泛的应用。以下是 ZooKeeper 适合的一些应用场景：

数据发布/订阅：ZooKeeper 可以作为配置中心，用于数据发布和订阅。在分布式系统中，各个节点的配置信息需要保持一致，ZooKeeper 可以将配置信息写入一个 ZNode，其他节点可以订阅这个 ZNode 来获取配置信息，并在配置更新时通过 Watcher 机制得到通知[¹]。
负载均衡：在服务提供者和消费者之间，ZooKeeper 可以用来实现负载均衡。服务提供者启动时会在 ZooKeeper 中注册自己的服务信息，而服务消费者则可以根据这些信息和一定的算法选择服务[¹]。
命名服务：ZooKeeper 提供了命名服务，可以将服务名称、地址等信息存放在 ZooKeeper 中，方便资源的定位和使用[¹]。
分布式协调/通知：利用 ZooKeeper 的 Watcher 机制，可以实现不同客户端对同一数据节点的注册和异步通知，适用于 Master 节点检测 Slave 节点状态等场景[¹]。
集群管理：ZooKeeper 可以记录集群中节点的工作状态和数量，以及对节点进行上下线操作的管理[¹]。
Master 选举：在分布式系统中，经常需要选举出一个 Master 节点来协调其他节点的操作，ZooKeeper 的强一致性可以保证只有一个客户端能够创建节点成功，从而实现 Master 选举[¹]。
分布式锁：在需要对资源进行同步访问的场景中，ZooKeeper 可以用来实现分布式锁。通过创建临时顺序节点，可以保证只有一个客户端能够创建锁成功，其他客户端则需要等待[¹]。
分布式队列：ZooKeeper 可以用于实现两种分布式队列：同步队列和先进先出（FIFO）队列。同步队列要求所有成员都到达后才能使用，而 FIFO 队列则利用临时顺序节点来实现消息的顺序处理[¹]。
服务提供者和服务消费者管理：在分布式系统中，服务提供者在启动时会在 ZooKeeper 上注册自己的服务信息，而服务消费者则可以订阅这些信息，并在服务提供者列表变更时通过 Watcher 机制得到通知，实现动态的服务发现和负载均衡[²]。
集群机器监控：ZooKeeper 可以用于监控集群中机器的状态，通过在 ZooKeeper 上创建临时节点，可以实时监测机器的存活状态[³]。
日志收集系统：在分布式日志收集系统中，ZooKeeper 可以用于动态地为日志收集器分配日志源机器，以及监控收集器的状态和进行任务的重新分配[³]。

这些应用场景展示了 ZooKeeper 在分布式系统中的核心作用，它通过其一致性、可靠性和高性能的特点，为分布式应用提供了强有力的支持。

2. 简述什么是Zookeeper ？

Zookeeper是一个开源的分布式协调服务，它由Apache软件基金会提供。它用于维护配置信息、命名、提供分布式同步和提供组服务等。Zookeeper的核心是它的一致性文件系统，它具有高性能、可靠性和可伸缩性。它广泛应用于大型分布式系统，用于解决分布式环境中的一致性和协调问题。

Zookeeper的主要特性包括：

顺序一致性：客户端更新的顺序将被精确地保持。
原子性：更新要么成功，要么失败，没有中间状态。
可靠性：一旦服务端成功应用了更新，它将保证不会丢失。
实时性：Zookeeper能够保证客户端在合理的时间内获得服务端的最新状态。
高可用性：Zookeeper通过主从复制的方式，确保服务的高可用性。

Zookeeper在许多场景中都有应用，比如：

配置管理：在分布式系统中，配置信息需要被多个节点共享，Zookeeper可以用来存储和更新这些配置。
命名服务：Zookeeper可以作为分布式系统中的命名服务，提供唯一标识符。
分布式锁：在需要同步访问共享资源的情况下，Zookeeper可以用来实现分布式锁。
集群管理：Zookeeper可以用于管理集群节点的状态，如节点的加入和退出。

简而言之，Zookeeper是一个强大的工具，用于帮助分布式系统解决协调和一致性问题。

3. 简述Zookeeper 目录结构和作用？

Apache ZooKeeper是一个分布式协调服务，它提供了一个简单的接口来管理集群中的节点状态。在ZooKeeper中，数据被存储在一个称为"znode"的树状结构中，类似于文件系统的目录结构。

ZooKeeper目录结构：

根节点：ZooKeeper的根节点是"/"，所有其他节点都从这里开始。
持久节点：这些节点在创建它们的会话结束之后仍然存在。它们可以用来存储配置信息或集群状态。
临时节点：这些节点在创建它们的会话结束时会被自动删除。它们通常用于选举领导者或管理短暂的状态信息。
有序节点：在创建节点时，可以指定节点是有序的。这意味着每个新创建的节点都会被赋予一个唯一的序列号，这有助于实现有序的节点列表。

ZooKeeper的作用：

配置管理：ZooKeeper可以存储配置信息，集群中的所有节点都可以访问这些信息，确保配置的一致性。
集群管理：ZooKeeper可以用于管理集群中的节点，包括节点的注册、注销和状态监控。
分布式锁：ZooKeeper提供了一种机制来实现分布式锁，这对于同步分布式系统中的操作非常有用。
领导者选举：在分布式系统中，ZooKeeper可以用来选举领导者，确保集群中只有一个节点负责特定的任务。
状态同步：ZooKeeper可以帮助集群中的节点同步状态，确保所有节点都处于一致的状态。
事件监听：ZooKeeper允许客户端监听节点的变化，当节点状态发生变化时，客户端可以接收到通知。
服务发现：ZooKeeper可以作为服务发现的注册中心，客户端可以在ZooKeeper上注册服务，并查询可用的服务。

ZooKeeper通过其简单的API和一致性模型，为分布式系统提供了一个强大的基础，使得开发者可以更容易地构建可扩展和可靠的分布式应用程序。

4. 简述Zookeeper的工作原理？

ZooKeeper是一个分布式协调服务，它提供了一系列的原语，用于维护配置信息、命名、提供分布式同步和提供组服务等。以下是ZooKeeper工作原理的简要概述：

集群架构：ZooKeeper由一组服务器（称为节点）组成，这些节点可以是物理机或虚拟机。一个典型的ZooKeeper集群由3到5个节点组成，以确保高可用性和容错性。
角色定义：在ZooKeeper集群中，节点可以扮演不同的角色：
- Leader：负责处理所有的写请求，以及在集群中进行领导者选举。
- Follower：处理读请求，并将写请求转发给Leader处理。Follower也参与Leader选举过程。
- Observer：从ZooKeeper 3.3.0版本开始引入，Observer只处理读请求，不参与选举过程，主要用于扩展系统的读取能力。
数据模型：ZooKeeper使用一个分层的命名空间（类似于文件系统），称为ZNode树。每个ZNode可以存储数据和子节点，并且每个ZNode都有其版本信息和状态。
Watcher机制：客户端可以对特定的ZNode注册Watcher。当ZNode的数据或子节点发生变化时，ZooKeeper会通知所有注册了Watcher的客户端。
原子广播：ZooKeeper通过其内部的原子广播机制，确保所有服务器状态的一致性。这个机制基于一个简单的原理：所有的更新操作必须被顺序地、一个接一个地应用到所有服务器上。
持久性和临时性：ZooKeeper允许客户端创建持久的ZNode，这意味着即使创建它的客户端崩溃或与ZooKeeper断开连接，这些节点仍然存在。此外，也可以创建临时ZNode，这些节点在创建它们的客户端会话结束时会被自动删除。
顺序一致性：ZooKeeper保证创建的ZNode在全局上有一个严格的顺序，即使在网络分区的情况下也是如此。这意味着即使在分布式环境中，ZNode的创建顺序也是一致的。
故障转移和恢复：如果Leader节点失败，集群会通过选举过程选择一个新的Leader。这个过程是自动的，并且确保了服务的连续性和数据的一致性。
客户端-服务器通信：客户端与ZooKeeper服务器之间的通信是通过TCP协议进行的。客户端可以连接到集群中的任何节点，并通过心跳消息维持会话。
事务日志：为了确保数据的一致性和持久性，ZooKeeper服务器会将所有事务操作记录到事务日志中。

ZooKeeper的工作原理通过这些机制和特性，为分布式系统提供了一个强大的协调服务，使得开发者可以构建出可靠和可扩展的分布式应用。

5. 简述zoo.cfg 配置项目和对应的作用 ?

zoo.cfg 是 Apache ZooKeeper 的配置文件，它包含了启动 ZooKeeper 服务所需的各种配置项。以下是一些常见的配置项及其作用：

dataDir：指定 ZooKeeper 存储数据的目录。这包括事务日志、快照等持久性数据。
clientPort：指定 ZooKeeper 服务监听客户端连接的端口。默认情况下，这个端口是 2181。
tickTime：这是 ZooKeeper 内部的基本时间单位，用于确定其他配置参数的时间长度。例如，heartbeats 和 session timeout。
initLimit：初始化时，follower 和 observer 允许与 leader 通信的最大延迟时间（以 tickTime 为单位）。这影响着集群启动时的同步过程。
syncLimit：在运行时，follower 和 observer 与 leader 通信的最大延迟时间（以 tickTime 为单位）。如果延迟超过这个值，leader 会认为 follower 或 observer 不可达。
serverId：在服务器列表中，用于标识当前服务器的唯一 ID。
serverList：这是一个服务器列表，列出了集群中所有服务器的信息。格式通常是 serverId=host:port1:port2，其中 host 是服务器的主机名或 IP 地址，port1 是客户端连接的端口，port2 是集群内部通信的端口。
maxClientCnxns：指定 ZooKeeper 服务器能够接受的最大客户端连接数。
minSessionTimeout 和 maxSessionTimeout：设置客户端会话超时时间的最小值和最大值（以 tickTime 为单位）。
autopurge.snapRetainCount 和 autopurge.purgeInterval：用于自动清理数据的配置。autopurge.snapRetainCount 指定要保留的快照数量，autopurge.purgeInterval 指定自动清理的时间间隔。
jvmFlags：如果需要，可以指定 JVM 参数，例如内存设置。
metricsProvider.className：指定用于收集和报告 ZooKeeper 性能指标的类。
quorum：与领导者选举相关的配置，例如 quorum.listenOnAllIPs 可以设置为 “true” 以允许 quorum 监听所有网络接口。
electionAlg：指定领导者选举算法，可以是 0（默认的基本领导者选举算法）或 1（领导者选举的快速算法）。
observer：标识一个节点作为 observer，不参与投票过程。