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<title>32 ZooKeeper 数据存储底层实现解析.md.html</title>
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<span>技术文章摘抄</span>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/00 开篇词：选择 ZooKeeper，一步到位掌握分布式开发.md.html">00 开篇词：选择 ZooKeeper，一步到位掌握分布式开发</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/01 ZooKeeper 数据模型：节点的特性与应用.md.html">01 ZooKeeper 数据模型：节点的特性与应用</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/02 发布订阅模式：如何使用 Watch 机制实现分布式通知.md.html">02 发布订阅模式：如何使用 Watch 机制实现分布式通知</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/03 ACL 权限控制：如何避免未经授权的访问？.md.html">03 ACL 权限控制：如何避免未经授权的访问？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/04 ZooKeeper 如何进行序列化？.md.html">04 ZooKeeper 如何进行序列化？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/05 深入分析 Jute 的底层实现原理.md.html">05 深入分析 Jute 的底层实现原理</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/06 ZooKeeper 的网络通信协议详解.md.html">06 ZooKeeper 的网络通信协议详解</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/07 单机模式：服务器如何从初始化到对外提供服务？.md.html">07 单机模式：服务器如何从初始化到对外提供服务？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/08 集群模式：服务器如何从初始化到对外提供服务？.md.html">08 集群模式：服务器如何从初始化到对外提供服务？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/09 创建会话：避开日常开发的那些“坑”.md.html">09 创建会话：避开日常开发的那些“坑”</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/10 ClientCnxn：客户端核心工作类工作原理解析.md.html">10 ClientCnxn：客户端核心工作类工作原理解析</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/11 分桶策略：如何实现高效的会话管理？.md.html">11 分桶策略：如何实现高效的会话管理？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/12 服务端是如何处理一次会话请求的？.md.html">12 服务端是如何处理一次会话请求的？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/13 Curator：如何降低 ZooKeeper 使用的复杂性？.md.html">13 Curator：如何降低 ZooKeeper 使用的复杂性？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/14 Leader 选举：如何保证分布式数据的一致性？.md.html">14 Leader 选举：如何保证分布式数据的一致性？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/15 ZooKeeper 究竟是怎么选中 Leader 的？.md.html">15 ZooKeeper 究竟是怎么选中 Leader 的？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/16 ZooKeeper 集群中 Leader 与 Follower 的数据同步策略.md.html">16 ZooKeeper 集群中 Leader 与 Follower 的数据同步策略</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/17 集群中 Leader 的作用：事务的请求处理与调度分析.md.html">17 集群中 Leader 的作用：事务的请求处理与调度分析</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/18 集群中 Follow 的作用：非事务请求的处理与 Leader 的选举分析.md.html">18 集群中 Follow 的作用：非事务请求的处理与 Leader 的选举分析</a>
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</li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/19 Observer 的作用与 Follow 有哪些不同？.md.html">19 Observer 的作用与 Follow 有哪些不同？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/20 一个运行中的 ZooKeeper 服务会产生哪些数据和文件？.md.html">20 一个运行中的 ZooKeeper 服务会产生哪些数据和文件？</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/21 ZooKeeper 分布式锁：实现和原理解析.md.html">21 ZooKeeper 分布式锁：实现和原理解析</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/22 基于 ZooKeeper 命名服务的应用：分布式 ID 生成器.md.html">22 基于 ZooKeeper 命名服务的应用：分布式 ID 生成器</a>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/23 使用 ZooKeeper 实现负载均衡服务器功能.md.html">23 使用 ZooKeeper 实现负载均衡服务器功能</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/24 ZooKeeper 在 Kafka 和 Dubbo 中的工业级实现案例分析.md.html">24 ZooKeeper 在 Kafka 和 Dubbo 中的工业级实现案例分析</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/25 如何搭建一个高可用的 ZooKeeper 生产环境？.md.html">25 如何搭建一个高可用的 ZooKeeper 生产环境？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/26 JConsole 与四字母命令：如何监控服务器上 ZooKeeper 的运行状态？.md.html">26 JConsole 与四字母命令：如何监控服务器上 ZooKeeper 的运行状态？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/27 crontab 与 PurgeTxnLog：线上系统日志清理的最佳时间和方式.md.html">27 crontab 与 PurgeTxnLog：线上系统日志清理的最佳时间和方式</a>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/28 彻底掌握二阶段提交三阶段提交算法原理.md.html">28 彻底掌握二阶段提交三阶段提交算法原理</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/29 ZAB 协议算法：崩溃恢复和消息广播.md.html">29 ZAB 协议算法：崩溃恢复和消息广播</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/30 ZAB 与 Paxos 算法的联系与区别.md.html">30 ZAB 与 Paxos 算法的联系与区别</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/31 ZooKeeper 中二阶段提交算法的实现分析.md.html">31 ZooKeeper 中二阶段提交算法的实现分析</a>
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</li>
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<li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/32 ZooKeeper 数据存储底层实现解析.md.html">32 ZooKeeper 数据存储底层实现解析</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/33 结束语 分布技术发展与 ZooKeeper 应用前景.md.html">33 结束语 分布技术发展与 ZooKeeper 应用前景</a>
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</ul>
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>32 ZooKeeper 数据存储底层实现解析</h1>
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<p>在之前的“27 课| crontab 与 PurgeTxnLog：线上系统日志清理的最佳时间和方式”中，我们介绍了线上日志的清理方式，并讲解了 ZooKeeper 服务在运行的过程中产生的数据日志等文件。本节课我们将继续学习 ZooKeeper 文件存储和管理的相关知识，深入分析 ZooKeeper 文件系统的布局方式和不同文件的内部结构格式。</p>
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<h3>文件系统布局</h3>
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<p>无论是 ZooKeeper 服务在运行时候产生的数据日志，还是在集群中进行数据同步的时候所用到的数据快照，都可以被看作一种文件系统。而文件系统的两个功能就是对文件的存储和对不同文件格式的解析。ZooKeeper 中的数据存储，可以分为两种类型：数据日志文件和快照文件，接下来我们就分别介绍这两种文件的结构信息和底层实现。</p>
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<h3>数据日志</h3>
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<p>在 ZooKeeper 服务运行的过程中，数据日志是用来记录 ZooKeeper 服务运行状态的数据文件。通过这个文件我们不但能统计 ZooKeeper 服务的运行情况，更可以在 ZooKeeper 服务发生异常的情况下，根据日志文件记录的内容来进行分析，定位问题产生的原因并找到解决异常错误的方法。</p>
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<p>如何找到日志文件呢？在 ZooKeeper 的 zoo.cfg 配置文件中的 dataLogDir 属性字段，所指定的文件地址就是当前 ZooKeeper 服务的日志文件的存储地址。</p>
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<p>在了解了 ZooKeeper 服务在运行的过程中所产生的日志文件的存放位置，以及日志文件的格式结构后，接下来我们就深入到 ZooKeeper 服务的底层，来看一下它是如何实现日志的搜集以及存储的。</p>
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<h4>搜集日志</h4>
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<p>我们先来看一下 ，ZooKeeper 是如何搜集程序的运行信息的。在统计操作情况的日志信息中，ZooKeeper 通过第三方开源日志服务框架 SLF4J 来实现的。</p>
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<p>SLF4J 是一个<strong>采用门面设计模式（Facade）</strong> 的日志框架。如下图所示，门面模式也叫作外观模式，采用这种设计模式的主要作用是，对外隐藏系统内部的复杂性，并向外部调用的客户端或程序提供统一的接口。门面模式通常以接口的方式实现，可以被程序中的方法引用。</p>
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<p>在下图中，我们用门面模式创建了一个绘制几何图形的小功能。首先，定义了一个 Shape 接口类，并分别创建了三个类 Circle、Square、Rectangle ，以继承 Shape 接口。其次，我们再来创建一个画笔类 ShapeMaker ，在该类中我定义了 shape 形状字段以及绘画函数 drawCircle等。</p>
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<p><img src="assets/Ciqc1F8_iESARR3eAAB5fX25Qrk279.png" alt="png" /></p>
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<p>之后，当我们在本地项目中需要调用实现的会话功能时，直接调用 ShapeMaker 类，并传入我们要绘制的图形信息，就可以实现图形的绘制功能了。它使用起来非常简单，不必关心其底层是如何实现绘制操作的，只要将我们需要绘制的图形信息传入到接口函数中即可。</p>
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<p>而在 ZooKeeper 中使用 SLF4J 日志框架也同样简单，如下面的代码所示，首先在类中通过工厂函数创建日志工具类 LOG，然后在需要搜集的操作流程处引入日志搜集函数 LOG.info 即可。</p>
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<pre><code>protected static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(Learner.class);
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LOG.info("Revalidating client: 0x" + Long.toHexString(clientId));
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LOG.warn("Couldn't find the leader with id = "
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+ current.getId());
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</code></pre>
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<h4>存储日志</h4>
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<p>接下来我们看一下搜集完的日志是什么样子的。在开头我们已经说过，系统日志的存放位置，在 zoo.cfg 文件中。假设我们的日志路径为dataDir=/var/lib/zookeeper，打开系统命令行，进入到该文件夹，就会看到如下图所示的样子，所有系统日志文件都放在了该文件夹下。</p>
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<p><img src="assets/CgqCHl8_iFWAQwfvAAAfvGjcfow495.png" alt="png" /></p>
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<h3>快照文件</h3>
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<p>除了上面介绍的记录系统操作日志的文件外，ZooKeeper 中另一种十分重要的文件数据是快照日志文件。快照日志文件主要用来存储 ZooKeeper 服务中的事务性操作日志，并通过数据快照文件实现集群之间服务器的数据同步功能。</p>
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<h4>快照创建</h4>
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<p>接下来我们来介绍，在 ZooKeeper 的底层实现中，一个快照文件是如何创建的。</p>
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<p>如下面的代码所示，在 ZooKeeper 的源码中定义了一个 SnapShot 接口类，在该接口中描述了 ZooKeeper 服务的相关属性和方法。其中 serialize 函数是用来将内存中的快照文件转存到本地磁盘中时的序列化操作。而 deserialize 的作用正好与其相反，是把快照文件从本地磁盘中加载到内存中时的反序列化操作。无论是序列化还是反序列化，整个快照所操作的数据对象是 ZooKeeper 数据模型，也就是由 Znode 组成的结构树。</p>
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<pre><code>public interface SnapShot {
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long deserialize(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions)
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throws IOException;
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void serialize(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions,
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File name, boolean fsync)
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throws IOException;
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File findMostRecentSnapshot() throws IOException;
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void close() throws IOException;
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}
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</code></pre>
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<h4>快照存储</h4>
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<p>创建完 ZooKeeper 服务的数据快照文件后，接下来就要对数据文件进行持久化的存储操作了。其实在整个 ZooKeeper 中，随着服务的不同阶段变化，数据快照存放文件的位置也随之变化。存储位置的变化，主要是内存和本地磁盘之间的转变。当 ZooKeeper 集群处理来自客户端的事务性的会话请求的时候，会首先在服务器内存中针对本次会话生成数据快照。当整个集群可以执行该条事务会话请求后，提交该请求操作，就会将数据快照持久化到本地磁盘中，如下图所示。</p>
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<p><img src="assets/Ciqc1F8_iGKAU3N-AABQvy8biHk445.png" alt="png" /></p>
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<p>存储到本地磁盘中的数据快照文件，是经过 ZooKeeper 序列化后的二进制格式文件，通常我们无法直接查看，但如果想要查看，也可以通过 ZooKeeper 自带的 SnapshotFormatter 类来实现。如下图所示，在 SnapshotFormatter 类的内部用来查看快照文件的几种函数分别是： printDetails 函数，用来打印日志中的数据节点和 Session 会话信息；printZnodeDetails 函数，用来查看日志文件中节点的详细信息，包括节点 id 编码、state 状态信息、version 节点版本信息等。</p>
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<pre><code>public class SnapshotFormatter {
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private void printDetails(DataTree dataTree, Map<Long, Integer> sessions)
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||
private void printZnodeDetails(DataTree dataTree)
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private void printZnode(DataTree dataTree, String name)
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||
private void printSessionDetails(DataTree dataTree, Map<Long, Integer> sessions)
|
||
private void printStat(StatPersisted stat)
|
||
private void printHex(String prefix, long value)
|
||
}
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||
</code></pre>
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<p>虽然 ZooKeeper 提供了 SnapshotFormatter 类，但其实现的查询功能比较单一，我们可以通过本节课的学习，按照自己的业务需求，编写自己的快照文件查看器。</p>
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||
<p>到目前位置，我们对 ZooKeeper 服务相关的数据文件都做了讲解。无论是数据日志文件，还是数据快照文件，最终都会存储在本地磁盘中。而从文件的生成方式来看，两种日志文件的不同是：数据日志文件实施性更高，相对的产生的日志文件也不断变化，只要 ZooKeeper 服务一直运行，就会产生新的操作日志数据；而数据快照并非实时产生，它是当集群中数据发生变化后，先在内存中生成数据快照文件，经过序列化后再存储到本地磁盘中。</p>
|
||
<h3>总结</h3>
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||
<p>本节课我们讲解了在 ZooKeeper 服务运行过程中所产生的两种主要数据文件：数据日志文件和数据快照文件的结构信息和底层实现，以便加强你对它们的理解。而数据日志文件如何监控并解决异常情况，数据快照文件如何实现数据同步等内容，我们在之前的课程中已经提到，希望你回顾之前的内容，并结合本节课的内容，对 ZooKeeper 的文件系统有更深的理解。</p>
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</div>
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</div>
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<div>
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<div style="float: left">
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/31 ZooKeeper 中二阶段提交算法的实现分析.md.html">上一页</a>
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</div>
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<div style="float: right">
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<a href="/专栏/ZooKeeper源码分析与实战-完/33 结束语 分布技术发展与 ZooKeeper 应用前景.md.html">下一页</a>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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}
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var cookie = getCookie("lastPath");
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if (cookie.replace("/", "") !== "") {
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console.log(cookie)
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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}
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} else {
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setCookie("lastPath", path)
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}
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var d = new Date();
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d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
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var expires = "expires=" + d.toGMTString();
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document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
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var name = cname + "=";
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var ca = document.cookie.split(';');
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for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
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var c = ca[i].trim();
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if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
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}
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return "";
|
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}
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</html>
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