【zookeeper源码阅读】数据模型Znode

摘要：当服务端的一些操作触发了事件监听，就会向指定的客户端发送事件通知。因此，使用的监听机制实现的发布订阅系统使用的推拉结合的方式。

1. zk的主要应用场景
2. zk的数据节点的概述

数据节点的类型

节点的数据结构

节点上的监听机制

数据的发布与订阅
负载均衡
统一命名服务
分布式协调与通知
集群管理
master选举
分布式锁与分布式队列

具体将在后续的文章中给出具体的应用介绍。

在介绍数据节点之前，先给大家说明一下zk中事务的概念。zk中的事务指的是能够改变zk服务器状态的操作，包括

数据节点的删除，创建和内容更新等
客户端会话的创建与失效

zk中还有一个事务id的概念，会为每次事务请求分配一个全局唯一的id，关于事务id的特点简要说明如下：

64位数字
高32是Leader统治时期的标识，说明该事务是在哪个Leader时期进行的
低32位是事务的id号
通过这64位数字可以确定一个事务请求的全局唯一的顺序

zk中的数据节点是有生命周期的概念的，根据生命周期的不同可以划分为两种类型的节点

持久节点（Persistent）
最常见的一种节点类型，也叫做regular节点。数据节点一旦被创建，就会一直存在于zk服务器上，直到有删除事务操作主动清除该节点
临时节点（Ephemeral）
临时节点的生命周期是和客户端会话绑定在一起的，只要客户端会话失效，那么临时节点就会被清除。这里的客户端会话失效和客户端tcp连接断开是不一样的。
临时节点只能是leaf节点
顺序节点（Sequential）
zk会给创建的节点自动加上一个数字后缀，作为一个完整的节点名称，这种方式可以维护节点之间的一种顺序性

持久节点+顺序节点
临时节点+顺序节点

数据节点的类结构代码如下：

public class DataNode implements Record {
    byte data[];                    //节点上存储的数据
    Long acl;                        //权限控制列表版本号
    public StatPersisted stat;        //节点状态信息
    private Set children = null; //节点的子节点列表
}

StatPersisted stat是该节点的状态信息类，类结构代码如下：

public class StatPersisted implements Record {
  private long czxid;                //创建该节点的事务id
  private long mzxid;                //最后一次修改节点的事务id
  private long ctime;                //节点的创建时间
  private long mtime;                //最后一次更新节点内容的时间
  private int version;                //数据节点的版本号，version=0表示该节点被创建之后，更新过0次，在实现乐观锁的时候有用
  private int cversion;                //子节点的版本号，只有当子节点列表被更改后，才会+1
  private int aversion;                //子节点的acl列表版本号
  private long ephemeralOwner;        //如果是临时节点，该值表示创建该节点的临时会话的sessionID，如果是持久节点的话，该值为0
  private long pzxid;                //子节点列表最后一次被修改时的事务id，一定是子节点列表被修改，子节点的内容被修改是不会改变这个属性的值的
}

zookeeper允许客户端对象在数据节点上注册事件监听，可以实现数据的发布与订阅。
当zk服务端的一些操作触发了事件监听Watcher，就会向指定的客户端发送事件通知。

zk中的事件监听机制由三部分组成：

zk服务端
客户端线程
客户端的WatcherManager

客户端线程在zk服务器上注册事件监听之后，会将这个watcher对象存储在WatcherManager中，当zk服务器触发这个事件之后，会向客户端发送通知，客户端线程会从WatcherManager中取出对应的Watcher对象来执行回调逻辑。

public interface Watcher{
    public interface Event{
        public enum KeeperState{ 
            Disconnected(0),   //断开连接
            SyncConnected(3),  //此时客户端与zk服务器处于连接状态
            AuthFailed(4),        //权限检查失败
            ConnectedReadOnly(5) //客户端和一台只读server处于连接状态，what is readonly server? 就是只和集群中的一小部分服务器处于连接的服务器
            Expired(-122)        //会话超时
        }
        public enum EventType{
            None (-1),
            NodeCreated (1),    //watcher监听的数据节点被创建
            NodeDeleted (2),    //watcher监听的数据节点被删除
            NodeDataChanged (3), //watcher监听的数据节点内容被更新
            NodeChildrenChanged (4), //watcher监听的数据节点的子节点列表被更新了
            DataWatchRemoved (5), 
            ChildWatchRemoved (6);
        }
    }
    public enum WatcherType{
        Children (1),
        Data (2),
        Any (3);
    }
    abstract public void process(WatchedEvent event);
}

主要有以下几个部分组成

Watcher.Event.KeeperState:    表示通知状态
Watcher.Event.EventType:        表示通知的事件类型
Watcher.WatcherType:            监听器的类型
process(WatchedEvent event)    事件的回调函数

在处理监听事件的回调函数process中，参数event是一个org.apache.zookeeper.WatchedEvent类型的参数。WatchedEvent说明如下

public class WatchedEvent {
    final private KeeperState keeperState;    //通知的状态
    final private EventType eventType;        //事件类型
    private String path;                     //参与该事件的节点路径
    /**
    *实现WatchedEvent到WatcherEvent的转换
    */
    public WatcherEvent getWrapper() {
    return new WatcherEvent(eventType.getIntValue(), 
                            keeperState.getIntValue(), 
                            path);
    }
    /**
    *实现WatcherEvent到WatchedEvent的转换
    */
    public WatchedEvent(WatcherEvent eventMessage) {
        keeperState = KeeperState.fromInt(eventMessage.getState());
        eventType = EventType.fromInt(eventMessage.getType());
        path = eventMessage.getPath();
    }
}

从WatchedEvent的代码中可以看出一个监听事件由三个部分组成的：

Watcher.Event.KeeperState：通知状态
Watcher.Event.EventType：通知类型
String path：参与该事件的节点路径

并且，与WatchedEvent对应的还有一个类WatcherEvent,这个WatcherEvent和WatchedEvent相比，只是实现了序列化，方便通过网络在服务端和客户端之间传输。
序列化使用的是jute

整个监听通知的机制过程描述如下：

客户端在服务器数据节点上注册相应的监听事件Watcher，注册的方式后面阐述
服务端操作触发该事件，生成WatchedEvent事件对象
调用getWrapper方法将WatchedEvent包装称为一个实现序列化的、可在网络上传输的WatcherEvent对象
通过网络将WatcherEvent对象发送到client
client将WatcherEvent对象还原成为一个WatchedEvent对象，并传递给process方法进行处理

客户端接受到的服务器传送过来的监听事件的格式如下：

KeeperState：SyncConnected
EventType：NodeDataChanged
Path:    /zk-book

显然，从接收到的事件中，客户端是无法获取到该节点在更新前后的数据的，因此客户端是要主动再向服务器获取数据。因此，使用zk的监听机制实现的发布订阅系统使用的"推拉"结合的方式。