ZooKeeper面試題和答案匯總【黑馬程序員】

【面試題】- ZooKeeper是什么?

ZooKeeper是一個(gè)分布式的，開放源碼的分布式 應(yīng)用程序協(xié)調(diào)服務(wù) ，是Google的Chubby一個(gè)開源的實(shí)現(xiàn)， 它是集群的管理者，監(jiān)視著集群中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)根據(jù)節(jié)點(diǎn)提交的反饋進(jìn)行下一步合理操作。最終，將簡單易 用的接口和性能高效、功能穩(wěn)定的系統(tǒng)提供給用戶。 客戶端的 讀請求 可以被集群中的 任意一臺機(jī)器處理 ，如果讀請求在節(jié)點(diǎn)上注冊了監(jiān)聽器，這個(gè)監(jiān)聽器也是由所 連接的zookeeper機(jī)器來處理。對于 寫請求 ，這些請求會(huì)同 時(shí)發(fā)給其他 zookeeper 機(jī)器并且達(dá)成一致后，請 求才會(huì)返回成功 。因此，隨著 zookeeper 的集群機(jī)器增多，讀請求的吞吐會(huì)提高但是寫請求的吞吐會(huì)下降 。有序性是zookeeper中非常重要的一個(gè)特性，所有的 更新都是全局有序的 ，每個(gè)更新都有一個(gè) 唯一的時(shí)間戳 ， 這個(gè)時(shí)間戳稱為 zxid ( Zookeeper Transaction Id ) 。而 讀請求只會(huì)相對于更新有序 ，也就是讀請求的返回 結(jié)果中會(huì)帶有這個(gè) zookeeper 最新的 zxid 。

【面試題】- ZooKeeper提供了什么(本質(zhì))?

1、文件系統(tǒng)

2、通知機(jī)制

【面試題】- Zookeeper文件系統(tǒng)

Zookeeper提供一個(gè)多層級的節(jié)點(diǎn)命名空間(節(jié)點(diǎn)稱為znode)。與文件系統(tǒng)不同的是，這些節(jié)點(diǎn) 都可以設(shè)置 關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù) ，而文件系統(tǒng)中只有文件節(jié)點(diǎn)可以存放數(shù)據(jù)而目錄節(jié)點(diǎn)不行。Zookeeper為了保證高吞吐和低延 遲，在內(nèi)存中維護(hù)了這個(gè)樹狀的目錄結(jié)構(gòu)，這種特性使得Zookeeper 不能用于存放大量的數(shù)據(jù) ，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的存 放數(shù)據(jù)上限為 1M 。

【面試題】- 四種類型的znode

1、PERSISTENT- 持久化目錄節(jié)點(diǎn) 客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點(diǎn)依舊存在

2、PERSISTENT_SEQUENTIAL- 持久化順序編號目錄節(jié)點(diǎn)

客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點(diǎn)依舊存在，只是Zookeeper給該節(jié)點(diǎn)名稱進(jìn)行順序編號

3、EPHEMERAL- 臨時(shí)目錄節(jié)點(diǎn)

客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點(diǎn)被刪除

4、EPHEMERAL_SEQUENTIAL- 臨時(shí)順序編號目錄節(jié)點(diǎn)客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點(diǎn)被刪除，只是Zookeeper給該節(jié)點(diǎn)名稱進(jìn)行順序編號。

【面試題】- Zookeeper通知機(jī)制

client端會(huì)對某個(gè)znode建立一個(gè)watcher 事件 ，當(dāng)該znode發(fā)生變化時(shí)，這些client會(huì)收到zk的通知， 然后client可以根據(jù)znode變化來做出業(yè)務(wù)上的改變等。

【面試題】- Zookeeper的應(yīng)用場景?

1、命名服務(wù) 2、配置管理 3、集群管理 4、分布式鎖 5、隊(duì)列管理

【面試題】- zk的命名服務(wù)(文件系統(tǒng))

命名服務(wù)是指通過指定的名字來獲取資源或者服務(wù)的地址，利用zk創(chuàng)建一個(gè)全局的路徑，即是唯一的路徑，這個(gè)路徑就可以作為一個(gè)名字，指向集群中的集群，提供的服務(wù)的地址，或者一個(gè)遠(yuǎn)程的對象等等。

【面試題】- Zk的配置管理(文件系統(tǒng)、通知機(jī)制)

程序分布式的部署在不同的機(jī)器上，將程序的配置信息放在zk的znode 下，當(dāng)有配置發(fā)生改變時(shí)，也就是 znode發(fā)生變化時(shí)，可以通過改變zk中某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，利用 watcher 通知給各個(gè)客戶端，從而更改配置。

【面試題】- Zookeeper集群管理(文件系統(tǒng)、通知機(jī)制)

所謂集群管理無在乎兩點(diǎn)：是否有機(jī)器退出和加入、選舉master。對于第一點(diǎn)，所有機(jī)器約定在父目錄下創(chuàng)建臨時(shí)目錄節(jié)點(diǎn)，然后監(jiān)聽父目錄節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)變化消息。一旦有機(jī)器掛掉，該機(jī)器與 zookeeper的連接斷開，其所創(chuàng)建的臨時(shí)目錄節(jié)點(diǎn)被刪除，所有其他機(jī)器都收到通知：某個(gè)兄弟目錄被刪除，于是，所有人都知道：它上船了。新機(jī)器加入也是類似，所有機(jī)器收到通知：新兄弟目錄加入，highcount又有了，對于第二點(diǎn)，我們稍微改變 一下，所有機(jī)器創(chuàng)建臨時(shí)順序編號目錄節(jié)點(diǎn)，每次選取編號最小的機(jī)器作為 master 就好。

【面試題】- Zookeeper分布式鎖(文件系統(tǒng)、通知機(jī)制)

有了zookeeper的一致性文件系統(tǒng)，鎖的問題變得容易。鎖服務(wù)可以分為兩類，一個(gè)是保持獨(dú)占，另一個(gè)是控制時(shí)序 。 對于第一類，我們將zookeeper上的一個(gè)znode看作是一把鎖，通過createznode的方式來實(shí)現(xiàn)。所有客戶 端都去創(chuàng)建 /distribute_lock 節(jié)點(diǎn)，最終成功創(chuàng)建的那個(gè)客戶端也即擁有了這把鎖。用完刪除掉自己創(chuàng)建的 distribute_lock 節(jié)點(diǎn)就釋放出鎖。(驚群)

對于第二類， /distribute_lock 已經(jīng)預(yù)先存在，所有客戶端在它下面創(chuàng)建臨時(shí)順序編號目錄節(jié)點(diǎn)，和選 master一樣， 編號最小的獲得鎖 ，用完刪除，依次方便。

【面試題】 - 作為注冊中心使用，zookeeper和eureka的區(qū)別

1、Zookeeper當(dāng)master掛了，會(huì)在30-120s進(jìn)行l(wèi)eader選舉，這點(diǎn)類似于redis的哨兵機(jī)制，在選舉期間Zookeeper是不可用的，這么長時(shí)間不能進(jìn)行服務(wù)注冊，是無法忍受的，別說30s，5s都不能忍受。這時(shí)Zookeeper集群會(huì)癱瘓，這也是Zookeeper的CP，保持節(jié)點(diǎn)的一致性，犧牲了A/高可用。

2、而Eureka不會(huì)，即使Eureka有部分掛掉，還有其他節(jié)點(diǎn)可以使用的，他們保持平級的關(guān)系，只不過信息有可能不一致，這就是AP，犧牲了C/一致性。并且Eureka還提供了自我保護(hù)機(jī)制(15分鐘內(nèi)超過85%的服務(wù)節(jié)點(diǎn)沒有心跳/down)，這點(diǎn)我覺得確實(shí)要比Zookeeper好，即使服務(wù)不可用，也會(huì)保留當(dāng)前失效的微服務(wù)，默認(rèn)90秒，在這90秒Eureka不會(huì)注銷微服務(wù)，在這90秒內(nèi)仍然可以接受新的服務(wù)注冊，只是不會(huì)同步到其他節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)壞掉的服務(wù)恢復(fù)的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)加入到節(jié)點(diǎn)上，也是高可用的一種。然后退出自我保護(hù)機(jī)制，這也是應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)異常的一種機(jī)制。

【面試題】- Zookeeper工作原理

Zookeeper的核心是原子廣播，這個(gè)機(jī)制保證了各個(gè)Server之間的同步。實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制的協(xié)議叫做Zab協(xié)議。Zab協(xié)議有兩種模式，它們分別是 恢復(fù)模式(選主)和廣播模式(同步)。當(dāng)服務(wù)啟動(dòng)或者在領(lǐng)導(dǎo)者崩潰后，Zab就進(jìn)入了恢復(fù)模式，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者被選舉出來，且大多數(shù)Server完成了和leader的狀態(tài)同步以后，恢復(fù) 模式就結(jié)束了。狀態(tài)同步保證了leader和Server具有相同的系統(tǒng)狀態(tài)。

【面試題】- zookeeper是如何保證事務(wù)的順序一致性的?

zookeeper采用了 遞增的事務(wù) Id 來標(biāo)識，所有的proposal(提議)都在被提出的時(shí)候加上了zxid，zxid實(shí)際 上是一個(gè)64位的數(shù)字，高32位是epoch(時(shí)期; 紀(jì)元; 世; 新時(shí)代)用來標(biāo)識leader是否發(fā)生改變，如果有 新的leader產(chǎn)生出來，epoch會(huì)自增， 低 32 位用來遞增計(jì)數(shù) 。當(dāng)新產(chǎn)生proposal的時(shí)候，會(huì)依據(jù)數(shù)據(jù)庫的 兩階段過程，首先會(huì)向其他的server發(fā)出事務(wù)執(zhí)行請求，如果超過半數(shù)的機(jī)器都能執(zhí)行并且能夠成功，那么就 會(huì)開始執(zhí)行。

【面試題】- Zookeeper 下 Server工作狀態(tài)

每個(gè)Server在工作過程中有三種狀態(tài)：LOOKING：當(dāng)前Server不知道leader是誰 ，正在搜尋 LEADING：當(dāng)前Server即為選舉出來的leader FOLLOWING：leader已經(jīng)選舉出來，當(dāng)前Server與之同步。

【面試題】- zookeeper是如何選取主leader的?(zookeeper選舉機(jī)制)

當(dāng)leader崩潰或者leader失去大多數(shù)的follower，這時(shí)zk進(jìn)入恢復(fù)模式，恢復(fù)模式需要重新選舉出一個(gè)新的 leader，讓所有的Server都恢復(fù)到一個(gè)正確的狀態(tài)。Zk的選舉算法有兩種：一種是基于basic paxos實(shí)現(xiàn) 的，另外一種是基于fast paxos算法實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)默認(rèn)的選舉算法為 fast paxos 。

1、Zookeeper選主流程(basic paxos)

(1)選舉線程由當(dāng)前Server發(fā)起選舉的線程擔(dān)任，其主要功能是對投票結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并選出推薦的 Server;

(2)選舉線程首先向所有Server發(fā)起一次詢問(包括自己);

(3)選舉線程收到回復(fù)后，驗(yàn)證是否是自己發(fā)起的詢問(驗(yàn)證zxid是否一致)，然后獲取對方的id(myid)，并存 儲到當(dāng)前詢問對象列表中，最后獲取對方提議的leader相關(guān)信息(id,zxid)，并將這些信息存儲到當(dāng)次選舉的投 票記錄表中;

(4)收到所有Server回復(fù)以后，就計(jì)算出zxid最大的那個(gè)Server，并將這個(gè)Server相關(guān)信息設(shè)置成下一次 要投票的Server;

(5)線程將當(dāng)前zxid最大的Server設(shè)置為當(dāng)前Server要推薦的Leader，如果此時(shí)獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數(shù)，設(shè)置當(dāng)前推薦的leader為獲勝的Server，將根據(jù)獲勝的Server相關(guān)信息設(shè)置自己的狀 態(tài)，否則，繼續(xù)這個(gè)過程，直到leader被選舉出來。 通過流程分析我們可以得出：要使Leader獲得多數(shù) Server的支持，則Server總數(shù)必須是奇數(shù)2n+1，且存活的Server的數(shù)目不得少于n+1. 每個(gè)Server啟動(dòng)后 都會(huì)重復(fù)以上流程。在恢復(fù)模式下，如果是剛從崩潰狀態(tài)恢復(fù)的或者剛啟動(dòng)的server還會(huì)從磁盤快照中恢復(fù)數(shù)據(jù)和會(huì)話信息，zk會(huì)記錄事務(wù)日志并定期進(jìn)行快照，方便在恢復(fù)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)恢復(fù)。

2、Zookeeper選主流程(fast paxos)

fast paxos流程是在選舉過程中，某Server首先向所有Server提議自己要成為leader，當(dāng)其它Server收到提 議以后，解決epoch和 zxid的沖突，并接受對方的提議，然后向?qū)Ψ桨l(fā)送接受提議完成的消息，重復(fù)這個(gè)流程，最后一定能選舉出Leader。

【面試題】- Zookeeper同步流程

選完Leader以后，zk就進(jìn)入狀態(tài)同步過程。

1、Leader等待server連接;

2、Follower連接leader，將最大的zxid發(fā)送給leader;

3、Leader根據(jù)follower的zxid確定同步點(diǎn);

4、完成同步后通知follower 已經(jīng)成為uptodate狀態(tài);

5、Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的請求進(jìn)行服務(wù)了。

【面試題】- 分布式通知和協(xié)調(diào)

對于系統(tǒng)調(diào)度來說：操作人員發(fā)送通知實(shí)際是通過控制臺改變某個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)， 然后zk將這些變化發(fā)送給注冊了這個(gè)節(jié)點(diǎn)的watcher的所有客戶端。對于執(zhí)行情況匯報(bào)：每個(gè)工作進(jìn)程都在某個(gè)目錄下創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。并攜帶工作的進(jìn)度數(shù)據(jù)，這樣匯總的進(jìn)程可以監(jiān)控目錄子節(jié)點(diǎn)的變化獲得工作進(jìn)度的實(shí)時(shí)的全局情況 。

【面試題】- 機(jī)器中為什么會(huì)有l(wèi)eader?

在分布式環(huán)境中，有些業(yè)務(wù)邏輯只需要集群中的某一臺機(jī)器進(jìn)行執(zhí)行， 其他的機(jī)器可以共享這個(gè)結(jié)果 ，這樣可 以大大 減少重復(fù)計(jì)算 ， 提高性能 ，于是就需要進(jìn)行l(wèi)eader選舉。

【面試題】- zk節(jié)點(diǎn)宕機(jī)如何處理?

Zookeeper本身也是集群，推薦配置不少于3個(gè)服務(wù)器。Zookeeper自身也要保證當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時(shí)，其他 節(jié)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)提供服務(wù)。 如果是一個(gè)Follower宕機(jī)，還有2臺服務(wù)器提供訪問，因?yàn)閆ookeeper上的數(shù)據(jù)是有多個(gè)副本的，數(shù)據(jù)并不 會(huì)丟失; 如果是一個(gè)Leader宕機(jī)，Zookeeper會(huì)選舉出新的Leader。 ZK集群的機(jī)制是只要超過半數(shù)的節(jié)點(diǎn)正常，集群就能正常提供服務(wù)。只有在ZK節(jié)點(diǎn)掛得太多，只剩一半或不 到一半節(jié)點(diǎn)能工作，集群才失效。 所以 3個(gè)節(jié)點(diǎn)的cluster可以掛掉1個(gè)節(jié)點(diǎn)(leader可以得到2票>1.5) 2個(gè)節(jié)點(diǎn)的cluster就不能掛掉任何1個(gè)節(jié)點(diǎn)了(leader可以得到1票<=1) 。

【面試題】- zookeeper負(fù)載均衡和nginx負(fù)載均衡區(qū)別

zk的負(fù)載均衡是可以調(diào)控，nginx只是能調(diào)權(quán)重，其他需要可控的都需要自己寫插件;但是nginx的吞吐量比 zk大很多，應(yīng)該說按業(yè)務(wù)選擇用哪種方式。

【面試題】- zookeeper watch機(jī)制

Watch機(jī)制官方聲明：一個(gè)Watch事件是一個(gè)一次性的觸發(fā)器，當(dāng)被設(shè)置了Watch的數(shù)據(jù)發(fā)生了改變的時(shí) 候，則服務(wù)器將這個(gè)改變發(fā)送給設(shè)置了Watch的客戶端，以便通知它們。 Zookeeper機(jī)制的特點(diǎn)：

1、一次性觸發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，一個(gè)watcher event會(huì)被發(fā)送到client，但是client只會(huì)收到一次這樣的信息 。

2、watcher event異步發(fā)送watcher的通知事件從server發(fā)送到client是 異步 的，這就存在一個(gè)問題，不同 的客戶端和服務(wù)器之間通過socket進(jìn)行通信，由于 網(wǎng)絡(luò)延遲或其他因素導(dǎo)致客戶端在不通的時(shí)刻監(jiān)聽到事件 ， 由于Zookeeper本身提供了 ordering guarantee ，即客戶端監(jiān)聽事件后，才會(huì)感知它所監(jiān)視 znode 發(fā)生了變化 。所以我們使用Zookeeper不能期望能夠監(jiān)控到節(jié)點(diǎn)每次的變化。Zookeeper 只能保證最終的一致性， 而無法保證強(qiáng)一致性 。

3、數(shù)據(jù)監(jiān)視Zookeeper有數(shù)據(jù)監(jiān)視和子數(shù)據(jù)監(jiān)視getdata() and exists()設(shè)置數(shù)據(jù)監(jiān)視，getchildren()設(shè)置了 子節(jié)點(diǎn)監(jiān)視。

4、注冊watcher getData、exists、getChildren。

5、觸發(fā)watcher create 、 delete 、 setData。

6、 setData()會(huì)觸發(fā)znode上設(shè)置的data watch(如果set成功的話)。一個(gè)成功的 create()操作會(huì)觸發(fā)被創(chuàng)建的znode上的數(shù)據(jù)watch，以及其父節(jié)點(diǎn)上的child watch。而一個(gè)成功的delete() 操作將會(huì)同時(shí)觸發(fā)一個(gè)znode的data watch和child watch(因?yàn)檫@樣就沒有子節(jié)點(diǎn)了)，同時(shí)也會(huì)觸發(fā)其父節(jié)點(diǎn)的child watch。

7、當(dāng)一個(gè)客戶端連接到一個(gè)新的服務(wù)器上時(shí)，watch將會(huì)被以任意會(huì)話事件觸發(fā)。當(dāng)與一個(gè)服務(wù)器失去連接的時(shí)候，是無法接收到watch的。而當(dāng)client重新連接時(shí)，如果需要的話，所有先前注冊過的watch，都會(huì)被重新注冊。通常這是完全透明的。只有在一個(gè)特殊情況下，watch可能會(huì)丟失：對于一個(gè)未創(chuàng)建的znode的exist watch，如果在客戶端斷開連接期間被創(chuàng)建了，并且隨后在客戶端連接上之前又刪除了，這種情況下，這個(gè)watch事件可能會(huì)被丟失。

8、Watch是輕量級的，其實(shí)就是本地JVM的Callback，服務(wù)器端只是存了是否有設(shè)置了Watcher的布爾類型。


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