ZooKeeper面試題和答案匯總【黑馬程序員】

【面試題】- ZooKeeper是什么?

ZooKeeper是一個分布式的，開放源碼的分布式 應用程序協(xié)調服務 ，是Google的Chubby一個開源的實現(xiàn)， 它是集群的管理者，監(jiān)視著集群中各個節(jié)點的狀態(tài)根據(jù)節(jié)點提交的反饋進行下一步合理操作。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 任意一臺機器處理 ，如果讀請求在節(jié)點上注冊了監(jiān)聽器，這個監(jiān)聽器也是由所 連接的zookeeper機器來處理。對于 寫請求 ，這些請求會同 時發(fā)給其他 zookeeper 機器并且達成一致后，請 求才會返回成功 。因此，隨著 zookeeper 的集群機器增多，讀請求的吞吐會提高但是寫請求的吞吐會下降 。有序性是zookeeper中非常重要的一個特性，所有的 更新都是全局有序的 ，每個更新都有一個 唯一的時間戳 ， 這個時間戳稱為 zxid ( Zookeeper Transaction Id ) 。而 讀請求只會相對于更新有序 ，也就是讀請求的返回 結果中會帶有這個 zookeeper 最新的 zxid 。

【面試題】- ZooKeeper提供了什么(本質)?

1、文件系統(tǒng)

2、通知機制

【面試題】- Zookeeper文件系統(tǒng)

Zookeeper提供一個多層級的節(jié)點命名空間(節(jié)點稱為znode)。與文件系統(tǒng)不同的是，這些節(jié)點 都可以設置 關聯(lián)的數(shù)據(jù) ，而文件系統(tǒng)中只有文件節(jié)點可以存放數(shù)據(jù)而目錄節(jié)點不行。Zookeeper為了保證高吞吐和低延 遲，在內存中維護了這個樹狀的目錄結構，這種特性使得Zookeeper 不能用于存放大量的數(shù)據(jù) ，每個節(jié)點的存 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 客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點依舊存在

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

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

3、EPHEMERAL- 臨時目錄節(jié)點

客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點被刪除

4、EPHEMERAL_SEQUENTIAL- 臨時順序編號目錄節(jié)點客戶端與zookeeper斷開連接后，該節(jié)點被刪除，只是Zookeeper給該節(jié)點名稱進行順序編號。

【面試題】- Zookeeper通知機制

client端會對某個znode建立一個watcher 事件 ，當該znode發(fā)生變化時，這些client會收到zk的通知， 然后client可以根據(jù)znode變化來做出業(yè)務上的改變等。

【面試題】- Zookeeper的應用場景?

1、命名服務 2、配置管理 3、集群管理 4、分布式鎖 5、隊列管理

【面試題】- zk的命名服務(文件系統(tǒng))

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

【面試題】- Zk的配置管理(文件系統(tǒng)、通知機制)

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

【面試題】- Zookeeper集群管理(文件系統(tǒng)、通知機制)

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

【面試題】- Zookeeper分布式鎖(文件系統(tǒng)、通知機制)

有了zookeeper的一致性文件系統(tǒng)，鎖的問題變得容易。鎖服務可以分為兩類，一個是保持獨占，另一個是控制時序 。 對于第一類，我們將zookeeper上的一個znode看作是一把鎖，通過createznode的方式來實現(xiàn)。所有客戶 端都去創(chuàng)建 /distribute_lock 節(jié)點，最終成功創(chuàng)建的那個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)點就釋放出鎖。(驚群)

對于第二類， /distribute_lock 已經(jīng)預先存在，所有客戶端在它下面創(chuàng)建臨時順序編號目錄節(jié)點，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master掛了，會在30-120s進行l(wèi)eader選舉，這點類似于redis的哨兵機制，在選舉期間Zookeeper是不可用的，這么長時間不能進行服務注冊，是無法忍受的，別說30s，5s都不能忍受。這時Zookeeper集群會癱瘓，這也是Zookeeper的CP，保持節(jié)點的一致性，犧牲了A/高可用。

2、而Eureka不會，即使Eureka有部分掛掉，還有其他節(jié)點可以使用的，他們保持平級的關系，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還提供了自我保護機制(15分鐘內超過85%的服務節(jié)點沒有心跳/down)，這點我覺得確實要比Zookeeper好，即使服務不可用，也會保留當前失效的微服務，默認90秒，在這90秒Eureka不會注銷微服務，在這90秒內仍然可以接受新的服務注冊，只是不會同步到其他節(jié)點上。當壞掉的服務恢復的時候，會自動加入到節(jié)點上，也是高可用的一種。然后退出自我保護機制，這也是應對網(wǎng)絡異常的一種機制。

【面試題】- Zookeeper工作原理

Zookeeper的核心是原子廣播，這個機制保證了各個Server之間的同步。實現(xiàn)這個機制的協(xié)議叫做Zab協(xié)議。Zab協(xié)議有兩種模式，它們分別是 恢復模式(選主)和廣播模式(同步)。當服務啟動或者在領導者崩潰后，Zab就進入了恢復模式，當領導者被選舉出來，且大多數(shù)Server完成了和leader的狀態(tài)同步以后，恢復 模式就結束了。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是如何保證事務的順序一致性的?

zookeeper采用了 遞增的事務 Id 來標識，所有的proposal(提議)都在被提出的時候加上了zxid，zxid實際 上是一個64位的數(shù)字，高32位是epoch(時期; 紀元; 世; 新時代)用來標識leader是否發(fā)生改變，如果有 新的leader產(chǎn)生出來，epoch會自增， 低 32 位用來遞增計數(shù) 。當新產(chǎn)生proposal的時候，會依據(jù)數(shù)據(jù)庫的 兩階段過程，首先會向其他的server發(fā)出事務執(zhí)行請求，如果超過半數(shù)的機器都能執(zhí)行并且能夠成功，那么就 會開始執(zhí)行。

【面試題】- Zookeeper 下 Server工作狀態(tài)

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

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

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

1、Zookeeper選主流程(basic paxos)

(1)選舉線程由當前Server發(fā)起選舉的線程擔任，其主要功能是對投票結果進行統(tǒng)計，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)選舉線程收到回復后，驗證是否是自己發(fā)起的詢問(驗證zxid是否一致)，然后獲取對方的id(myid)，并存 儲到當前詢問對象列表中，最后獲取對方提議的leader相關信息(id,zxid)，并將這些信息存儲到當次選舉的投 票記錄表中;

(4)收到所有Server回復以后，就計算出zxid最大的那個Server，并將這個Server相關信息設置成下一次 要投票的Server;

(5)線程將當前zxid最大的Server設置為當前Server要推薦的Leader，如果此時獲勝的Server獲得n/2 + 1的Server票數(shù)，設置當前推薦的leader為獲勝的Server，將根據(jù)獲勝的Server相關信息設置自己的狀 態(tài)，否則，繼續(xù)這個過程，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Server啟動后 都會重復以上流程。在恢復模式下，如果是剛從崩潰狀態(tài)恢復的或者剛啟動的server還會從磁盤快照中恢復數(shù)據(jù)和會話信息，zk會記錄事務日志并定期進行快照，方便在恢復時進行狀態(tài)恢復。

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，然后向對方發(fā)送接受提議完成的消息，重復這個流程，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;

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的請求進行服務了。

【面試題】- 分布式通知和協(xié)調

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

【面試題】- 機器中為什么會有l(wèi)eader?

在分布式環(huán)境中，有些業(yè)務邏輯只需要集群中的某一臺機器進行執(zhí)行， 其他的機器可以共享這個結果 ，這樣可 以大大 減少重復計算 ， 提高性能 ，于是就需要進行l(wèi)eader選舉。

【面試題】- zk節(jié)點宕機如何處理?

Zookeeper本身也是集群，推薦配置不少于3個服務器。Zookeeper自身也要保證當一個節(jié)點宕機時，其他 節(jié)點會繼續(xù)提供服務。 如果是一個Follower宕機，還有2臺服務器提供訪問，因為Zookeeper上的數(shù)據(jù)是有多個副本的，數(shù)據(jù)并不 會丟失; 如果是一個Leader宕機，Zookeeper會選舉出新的Leader。 ZK集群的機制是只要超過半數(shù)的節(jié)點正常，集群就能正常提供服務。只有在ZK節(jié)點掛得太多，只剩一半或不 到一半節(jié)點能工作，集群才失效。 所以 3個節(jié)點的cluster可以掛掉1個節(jié)點(leader可以得到2票>1.5) 2個節(jié)點的cluster就不能掛掉任何1個節(jié)點了(leader可以得到1票<=1) 。

【面試題】- zookeeper負載均衡和nginx負載均衡區(qū)別

zk的負載均衡是可以調控，nginx只是能調權重，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，應該說按業(yè)務選擇用哪種方式。

【面試題】- zookeeper watch機制

Watch機制官方聲明：一個Watch事件是一個一次性的觸發(fā)器，當被設置了Watch的數(shù)據(jù)發(fā)生了改變的時 候，則服務器將這個改變發(fā)送給設置了Watch的客戶端，以便通知它們。 Zookeeper機制的特點：

1、一次性觸發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，一個watcher event會被發(fā)送到client，但是client只會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，這就存在一個問題，不同 的客戶端和服務器之間通過socket進行通信，由于 網(wǎng)絡延遲或其他因素導致客戶端在不通的時刻監(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)點每次的變化。Zookeeper 只能保證最終的一致性， 而無法保證強一致性 。

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()設置數(shù)據(jù)監(jiān)視，getchildren()設置了 子節(jié)點監(jiān)視。

4、注冊watcher getData、exists、getChildren。

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

6、 setData()會觸發(fā)znode上設置的data watch(如果set成功的話)。一個成功的 create()操作會觸發(fā)被創(chuàng)建的znode上的數(shù)據(jù)watch，以及其父節(jié)點上的child watch。而一個成功的delete() 操作將會同時觸發(fā)一個znode的data watch和child watch(因為這樣就沒有子節(jié)點了)，同時也會觸發(fā)其父節(jié)點的child watch。

7、當一個客戶端連接到一個新的服務器上時，watch將會被以任意會話事件觸發(fā)。當與一個服務器失去連接的時候，是無法接收到watch的。而當client重新連接時，如果需要的話，所有先前注冊過的watch，都會被重新注冊。通常這是完全透明的。只有在一個特殊情況下，watch可能會丟失：對于一個未創(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watch事件可能會被丟失。

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


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