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zookeeper集群架构详解！

发表于 2025-11-05 03:10:35 来源：益强智未来

　　之前的集解文章为大家介绍过zookeeper服务部署与基础使用的相关知识，接下来本篇文章为大家介绍一下zookeeper集群架构，群架快跟着小编来学习一下吧。构详

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　　zookeeper集群介绍

　　| 为什么搭建Zookeeper集群

　　大部分分布式应用需要一个主控、集解协调器或者控制器来管理物理分布的群架子进程

　　zookeeper作为注册中心，服务器和客户端都要访问，构详如果有大量的集解并发，肯定会有等待

　　所以可以通过zookeeper集群解决

　　下面是群架zookeeper集群部署结构图：

　　| zookeeper集群的角色

　　Leader：领导者，一个Zookeeper集群同一时间只能有一个Leader，构详Leader服务器是集解整个Zookeeper集群工作制中的核心，其主要工作有以下：

　　事务请求的群架唯一调度和处理者，保证集群事务处理的构详顺序性。Zookeeper中所有事务操作都是集解由leader服务器进行处理　　集群内部服务器的调用者　　接受所有的Follower的提案请求并统一协调发起提案投票，负责与所有Follower进行内部数据交换(同步)

　　Follower：跟随者，群架主要工作：

　　处理客户端的构详非事务请求，并转发事务请求给Leader服务器　　参与事务请求的同步提交投票。同时与Leader进行数据交换(同步) 　　参与Leader选举投票

　　Observer：观察者，主要工作：

　　观察Zookeeper集群的源码下载最新状态变化，并将这些状态变更同步过来　　对于非事务请求，可以直接独立处理，而对于事务请求，则会转发给Leader服务器进行处理。这是集群的可选组件　　但obServer不参加投票过程，只同步leader的状态。obServer的目的是为了扩展系统，提高读取速度

　　Client：客户端：

　　向zookeeper集群发起连接请求的一方

　　zookeeper的leader选举

　　| zookeeper服务端状态

　　zookeeper服务端有以下四种常见的状态：

　　| zookeeper集群启动时的leader选举

　　在集群初始化节点，当有一台服务器zk101启动时，其单独无法进行和完成leader选举，当第二台服务器zk102启动时，此时两台机器就可以相互通信，每台机器都试图找到leader，于是进入leader选举过程

　　zookeeper集群启动时期的leader选举过程如下所示：

　　1、每个server发出一个投票，由于初始情况，zk101和zk102都会将自己作为leader服务器来进行投票，每次投票会包含所推举的服务器myid和zxid，如下所示：

　　使用(myid,zxid)来表示，云南idc服务商此时zk101投票为(101,0)，zk102的投票为(102,0)，然后各自将跟这个投票发给集群的其它机器;

　　2、集群中每台服务器接收来自集群中各个服务器的投票;

　　3、处理投票，针对每一个投票，服务器都需要将别人的的投票和自己的投票进行pk，pk的规则如下:

　　对于zk101而言，它的投票是"(101,0)"，接收zk102的投票为"(102,0)"，首先会比较两者的zxid，均为0，再比较myid，此时zk102的myid最大，于是zk101节点需要更新自己的投票为"(102,0)" 　　对于zk102而言，它的投票是"(102,0)"，接收zk101的免费信息发布网投票为"(101,0)"，很明显zk101的myid较小，因此zk102无需更新字节的投票，只是再次向集群中所有机器上发送一次投票信息即可;

　　a.优先检查zxid，zxid比较大的服务器优先作为leader;

　　b.如果zxid相同，那么就比较myid，myid较大的服务器作为leader服务器;

　　综上所述，我们可以针对zk101和zk102选举的过程如下:

　　4、统计投票，每次投票后，服务器都会统计投票信息，判断是否已经有过半机器接收到相同的投票信息，对于zk101和zk102而言，都统计出集群中已经有两台机器接收了(102,0)的投票信息，此时认为已经选出来leader;

　　5、改变服务器状态，一旦确定了leader，每个zookeeper服务器就会更新自己的状态，如果是follower，那么就变更为following，如果是leader，就变更为leading

　　温馨提示：

　　myid：表示当前zookeeper server的server id 　　zxid：表示zookeeper transaction id，即zookeeper事务ID

　　判断是否已经有过半机器接收到相同的投票信息:

　　假设集群可参与投票的服务器数量为N，那么过半机器数量计算方式为: (N / 2 + 1) 　　我们的集群只有3台，那么过半就是2台服务器

　　| zookeeper集群运行时的leader选举

　　在zookeeper运行期间，leader与非leader服务器各司其职，即便当有非leader服务器宕机或新加入，此时也不会影响leader

　　但是一旦leader服务器挂了，那么这个集群将暂停对外服务，当剩余节点数大于原集群半数节点时，则zookeeper集群可以进入新一轮leader选举，其过程和启动时期的leader选举过程基本一致

　　假设正在运行的有zk101,zk102,zk103这三台服务器，当leader是zk102，若某一时刻leader挂了，此时便开始leader选举，其过程如下：

　　1、变更状态，leader挂后，余下的服务器都会将自己的服务器状态变更为looking，然后开始进入leader选举过程;

　　2、每个server会发出一个投票，在运行期间，每个服务器上的zxid可能不同，此时假定zk101的zxid为"996",zk103的zxid为"965"，在第一轮投票中，zk101和zk103都会投自己，产生投票(101,996),(103,965)，然后各自将投票发送给集群中所有机器;

　　3、接收来自各个服务器的投票，与启动时过程相同;

　　4、处理投票，与启动过程相同，此时zk101将会成为leader;

　　5、统计投票，与启动时过程相同;

　　6、改变服务器的状态，与启动时过程相同;

　　实验环境准备

　　| zookeeper集群搭建概述

　　单机环境下，zookeeper安装完毕，我们可以基于一台虚拟机，进行zookeeper的伪分布式集群搭建，zookeeper集群中包含3个节点，例如节点对外提供服务端口号分别为2181，2182和2183

　　但在实际生产环境中，伪分布式并不使用，因此我们还是搭建一个完全分布式集群，这样更贴近生产环境

　　| 测试环境说明

　　| 添加zookeeper集群的映射信息

cat > /etc/hosts <<EOF 10.0.0.101 zk101.oldboyedu.com 10.0.0.102 zk102.oldboyedu.com 10.0.0.103 zk103.oldboyedu.com EOF

　　| 拷贝 /etc/hosts 文件到集群的其它节点上

scp /etc/hosts zk102.oldboyedu.com:/etc/hosts scp /etc/hosts zk103.oldboyedu.com:/etc/hosts

　　| 安装JDK并配置环境变量

　　温馨提示：JDK官方的下载地址:

　　https://www.oracle.com/java/technologies/javase/javase-jdk8-downloads.html

mkdir -pv /oldboyedu/softwares/ # 手动上传jdk软件包 tar xf jdk-8u301-linux-x64.tar.gz -C /oldboyedu/softwares/ ln -sv /oldboyedu/softwares/jdk1.8.0_301/ /oldboyedu/softwares/jdk # 配置jdk环境变量 cat >/etc/profile.d/jdk.sh<<EOF #!/bin/bash JAVA_HOME=/oldboyedu/softwares/jdk PATH=\$PATH:\$JAVA_HOME/bin EOF # 使环境变量生效 chmod +x /etc/profile.d/jdk.sh source /etc/profile.d/jdk.sh

　　| 部署zookeeper并配置环境变量

# 下载zookeeper wget --no-check-certificate https://dlcdn.apache.org/zookeeper/zookeeper-3.7.1/apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz # zookeeper软件部署 mkdir -p /oldboyedu/softwares tar xf apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz -C /oldboyedu/softwares/ ln -sv /oldboyedu/softwares/apache-zookeeper-3.7.1-bin/ /oldboyedu/softwares/zookeeper # 配置zookeeper环境变量 cat >/etc/profile.d/zookeeper.sh<<EOF #!/bin/bash ZK_HOME=/oldboyedu/softwares/zookeeper PATH=\$PATH:\$ZK_HOME/bin EOF # 使环境变量生效 chmod +x /etc/profile.d/zookeeper.sh source /etc/profile.d/zookeeper.sh # 创建zookeeper用户并指定家目录 mkdir -p /oldboyedu/data useradd -d /oldboyedu/data/zookeeper zookeeper chown -R zookeeper. /oldboyedu/softwares/apache-zookeeper-3.7.1-bin/ # 配置zookeeper服务 cp /oldboyedu/softwares/apache-zookeeper-3.7.1-bin/conf/zoo_sample.cfg /oldboyedu/softwares/apache-zookeeper-3.7.1-bin/conf/zoo.cfg sed -ri s#(dataDir=)/tmp/zookeeper#\1/oldboyedu/data/zookeeper# /oldboyedu/softwares/apache-zookeeper-3.7.1-bin/conf/zoo.cfg

　　| 配置免密登录

ssh-keygen -t rsa -f ~/.ssh/id_rsa -P # 拷贝密钥 ssh-copy-id root@zk101.oldboyedu.com ssh-copy-id root@zk102.oldboyedu.com ssh-copy-id root@zk103.oldboyedu.com

　　| 关闭防火墙

sed -i s#SELINUX=enforcing#SELINUX=disabled# /etc/selinux/config systemctl stop firewalld systemctl disable firewalld

　　zookeeper集群构建

　　| 修改zookeeper的配置文件

zookeeper-101的配置 # egrep -v "^#|^$" /oldboyedu/softwares/zookeeper/conf/zoo.cfg tickTime=2000 initLimit=5 syncLimit=2 dataDir=/oldboyedu/data/zookeeper clientPort=2181 clientPortAddress=10.0.0.101 server.101=zk101.oldboyedu.com:2888:3888 server.102=zk102.oldboyedu.com:2888:3888 server.103=zk103.oldboyedu.com:2888:3888 zookeeper-102的配置 # egrep -v "^#|^$" /oldboyedu/softwares/zookeeper/conf/zoo.cfg tickTime=2000 initLimit=5 syncLimit=2 dataDir=/oldboyedu/data/zookeeper clientPort=2181 clientPortAddress=10.0.0.102 server.101=zk101.oldboyedu.com:2888:3888 server.102=zk102.oldboyedu.com:2888:3888 server.103=zk103.oldboyedu.com:2888:3888 zookeeper-103的配置 # egrep -v "^#|^$" /oldboyedu/softwares/zookeeper/conf/zoo.cfg tickTime=2000 initLimit=5 syncLimit=2 dataDir=/oldboyedu/data/zookeeper clientPort=2181 clientPortAddress=10.0.0.103 server.101=zk101.oldboyedu.com:2888:3888 server.102=zk102.oldboyedu.com:2888:3888 server.103=zk103.oldboyedu.com:2888:3888

　　| 创建配置zookeeper的堆内存配置文件

cat >/oldboyedu/softwares/zookeeper/conf/java.env<<EOF #!/bin/bash #指定JDK的安装路径 export JAVA_HOME=/oldboyedu/softwares/jdk #指定zookeeper的heap内存大小 export JVMFLAGS="-Xms256m -Xmx256m \$JVMFLAGS" EOF # 查看JDK的堆内存大小: jmap -heap "java进程的PID"

　　| 编写zookeeper的启动脚本

cat >/oldboyedu/softwares/zookeeper/bin/manager-zk.sh<<EOF #!/bin/bash # 判断用户是否传参 if [ \$# -ne 1 ];then echo "无效参数，用法为: \$0 {start|stop|restart|status}" exit fi # 获取用户输入的命令 cmd=\$1 # 定义函数功能 function zookeeperManger(){ case \$cmd in start) echo "启动服务" remoteExecution start ;; stop) echo "停止服务" remoteExecution stop ;; restart) echo "重启服务" remoteExecution restart ;; status) echo "查看状态" remoteExecution status ;; *) echo "无效参数，用法为: \$0 {start|stop|restart|status}" ;; esac } # 定义执行的命令 function remoteExecution(){ for (( i=101 ; i<=103 ; i++ )) ; do tput setaf 2 echo ========== zk\${i}.oldboyedu.com zkServer.sh \$1 ================ tput setaf 9 ssh zk\${i}.oldboyedu.com "source /etc/profile.d/zookeeper.sh; zkServer.sh \$1" done } # 调用函数 zookeeperManger EOF chmod +x /oldboyedu/softwares/zookeeper/bin/manager-zk.sh

　　温馨提示：

　　该脚本为串行的脚本，建议改为并行执行的脚本，生产环境中建议改为并行的脚本，或者直接使用ansible来实现管理也可以哟~

　　| 创建myid文件并写入服务器编号

for (( i=101;i<=103;i++ )) do ssh zk${i}.oldboyedu.com "echo -n $i > /oldboyedu/data/zookeeper/myid" ;done

　　| 查看zookeeper服务

manager-zk.sh status

　　| 启动zookeeper服务

manager-zk.sh start manager-zk.sh status

　　| 连接zookeeper集群

zkCli.sh -server "leader服务器的IP:2181"

　　observer角色及其配置

　　| observer角色特点

　　observer角色特点如下所示：

　　不参与集群的leader选举; 　　不参与集群中写数据时的ack反馈;

　　| 修改配置文件

# egrep -v "^#|^$" /oldboyedu/softwares/zookeeper/conf/zoo.cfg tickTime=2000 initLimit=5 syncLimit=2 dataDir=/oldboyedu/data/zookeeper clientPort=2181 clientPortAddress=10.0.0.101 peerType=observer server.101=zk101.oldboyedu.com:2888:3888:observer server.102=zk102.oldboyedu.com:2888:3888 server.103=zk103.oldboyedu.com:2888:3888

　　温馨提示：

　　如果我们将某个节点(本案例为zookeeper-101节点)的配置文件中存在"peerType=observer"时，请将"server.101"哪行配置追加":observer"

　　| 重启集群

manager-zk.sh restart