Zookeeper 有哪些高级特性？如何使用 Watcher、ACL 和事务操作？ - 面试题

答案

Zookeeper 提供了多个高级特性，这些特性使得它在分布式系统中更加灵活和强大。

1. Watcher 机制

Watcher 特性：

一次性触发：触发后自动删除
轻量级：只通知事件类型，不包含数据
异步通知：通过回调函数处理

Watcher 类型：

java
// 节点数据变化
zk.getData("/path", watcher, null);

// 子节点变化
zk.getChildren("/path", watcher);

// 节点存在性变化
zk.exists("/path", watcher);

事件类型：

NodeCreated：节点创建
NodeDeleted：节点删除
NodeDataChanged：节点数据变化
NodeChildrenChanged：子节点变化

最佳实践：

Watcher 触发后需要重新注册
避免在 Watcher 中执行耗时操作
使用 exists() 监听不存在的节点

2. ACL 权限控制

权限类型：

CREATE：创建子节点
READ：读取节点数据
WRITE：更新节点数据
DELETE：删除子节点
ADMIN：设置 ACL

权限方案：

java
// world：任何人
ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE

// auth：认证用户
new ACL(Perms.ALL, new Id("auth", "username:password"))

// digest：用户名密码
new ACL(Perms.READ, new Id("digest", "username:password"))

// ip：IP 地址
new ACL(Perms.READ, new Id("ip", "192.168.1.1"))

// super：超级管理员

设置 ACL：

java
// 创建节点时设置 ACL
zk.create("/secure", data, 
    ZooDefs.Ids.READ_ACL_UNSAFE, 
    CreateMode.PERSISTENT);

// 修改节点 ACL
zk.setACL("/secure", 
    ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 
    -1);

3. 事务操作

事务特性：

原子性：要么全部成功，要么全部失败
顺序性：按提交顺序执行

multi 操作：

java
List<Op> ops = new ArrayList<>();

// 创建节点
ops.add(Op.create("/multi/node1", 
    "data1".getBytes(), 
    ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 
    CreateMode.PERSISTENT));

// 更新数据
ops.add(Op.setData("/multi/node1", 
    "newData".getBytes(), 
    -1));

// 删除节点
ops.add(Op.delete("/multi/node1", -1));

// 执行事务
zk.multi(ops);

4. 四字命令

常用四字命令：

bash
# 查看集群状态
echo stat | nc localhost 2181

# 查看连接信息
echo cons | nc localhost 2181

# 查看环境变量
echo envi | nc localhost 2181

# 查看配置
echo conf | nc localhost 2181

# 查看监控信息
echo mntr | nc localhost 2181

# 查看节点统计
echo dump | nc localhost 2181

# 重置连接统计
echo srst | nc localhost 2181

# 查看服务器状态
echo srvr | nc localhost 2181

# 查看观察者信息
echo wchs | nc localhost 2181

5. 数据快照和事务日志

事务日志：

记录所有写操作
用于数据恢复
顺序写入，性能高

快照：

定期保存内存状态
加速启动恢复
压缩存储

恢复流程：

加载最新快照
应用快照之后的事务日志
与 Leader 同步差异数据

6. 客户端重连机制

自动重连：

java
// 设置重试策略
RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(
    1000,  // base sleep time
    3      // max retries
);

CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
    .connectString("localhost:2181")
    .retryPolicy(retryPolicy)
    .build();

重连策略：

ExponentialBackoffRetry：指数退避
RetryNTimes：固定次数重试
RetryUntilElapsed：超时重试
RetryOneTime：单次重试

7. 会话管理

会话状态：

CONNECTING：连接中
CONNECTED：已连接
RECONNECTING：重连中
CLOSED：已关闭

会话超时：

客户端心跳维持会话
超时后临时节点自动删除
可配置超时时间

会话恢复：

java
// 使用会话 ID 和密码恢复
byte[] password = zk.getSessionPasswd();
long sessionId = zk.getSessionId();

ZooKeeper newZk = new ZooKeeper(
    "localhost:2181",
    30000,
    watcher,
    sessionId,
    password
);

8. 容器节点（3.5+）

容器节点特性：

没有子节点时自动删除
用于动态资源管理

使用场景：

锁的父节点
临时资源组

java
// 创建容器节点
zk.create("/container", 
    null, 
    ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 
    CreateMode.CONTAINER);

9. TTL 节点（3.5+）

TTL 节点特性：

设置过期时间
超时自动删除
需要启用 TTL 功能

启用 TTL：

properties
# zoo.cfg
zookeeper.extendedTypesEnabled=true

创建 TTL 节点：

java
// 创建 TTL 节点
zk.create("/ttl-node", 
    data, 
    ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, 
    CreateMode.PERSISTENT_WITH_TTL, 
    new Stat(), 
    5000);  // TTL 5秒

10. 高级客户端 Curator

Curator 框架特性：

连接管理
重试机制
分布式锁
Leader 选举
分布式计数器
分布式队列

分布式锁示例：

java
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(
    client, 
    "/locks/my-lock"
);

try {
    // 获取锁
    lock.acquire();
    
    // 执行业务逻辑
    doSomething();
    
} finally {
    // 释放锁
    lock.release();
}

Leader 选举示例：

java
LeaderSelectorListener listener = new LeaderSelectorListener() {
    @Override
    public void takeLeadership() {
        // 成为 Leader 后执行
        while (true) {
            // 保持 Leader 状态
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
};

LeaderSelector selector = new LeaderSelector(
    client, 
    "/leader", 
    listener
);
selector.start();

11. 数据迁移和备份

数据导出：

bash
# 使用 zkCli 导出数据
zkCli.sh -server localhost:2181
get /path > backup.txt

数据导入：

bash
# 导入数据
zkCli.sh -server localhost:2181
create /path "data"

集群间迁移：

停止写入
导出数据
导入新集群
切换客户端连接

12. 监控和告警

监控指标：

节点状态
延迟指标
吞吐量
连接数
内存使用

告警策略：

Leader 切换告警
延迟超阈值告警
连接数超限告警
内存使用率告警

13. 安全加固

安全措施：

启用 SASL 认证
配置 ACL 权限
网络隔离
定期备份
日志审计

SASL 认证配置：

properties
# jaas.conf
Server {
    org.apache.zookeeper.server.auth.DigestLoginModule required
    user_super="admin";
};

Client {
    org.apache.zookeeper.server.auth.DigestLoginModule required
    username="admin"
    password="admin";
};