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周伟 0f006e4e9b add
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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>13 Curator：如何降低 ZooKeeper 使用的复杂性？</h1>
<p>今天我们开始学习 Curator，并了解如何通过其降低 ZooKeeper 使用的复杂性。</p>
<p>作为进阶篇的最后一节课，与前面几节课侧重于会话的知识不同，今天这节课比较轻松易学，我会给你介绍一个日常可以提高开发 ZooKeeper 服务效率和质量的开源框架 Curator 。</p>
<h3>什么是 Curator</h3>
<p>首先我们来介绍一下什么是 Curator，Curator 是一套开源的，Java 语言编程的 ZooKeeper 客户端框架，Curator 把我们平时常用的很多 ZooKeeper 服务开发功能做了封装，例如 Leader 选举、分布式计数器、分布式锁。这就减少了技术人员在使用 ZooKeeper 时的大部分底层细节开发工作。在会话重新连接、Watch 反复注册、多种异常处理等使用场景中，用原生的 ZooKeeper 实现起来就比较复杂。而在使用 Curator 时，由于其对这些功能都做了高度的封装，使用起来更加简单，不但减少了开发时间，而且增强了程序的可靠性。</p>
<p>经过上面的介绍，相信你对 Curator 有了较大的兴趣，接下来我们就来学习一下 Curator 的使用方式。我还是从我们比较熟悉的会话创建入手，来讲解 Curator 在日常工作中经常用到的知识点和使用技巧。</p>
<h3>工程准备</h3>
<p>如果想在我们开发的工程中使用 Curator 框架，首先要引入相关的开发包。这里我们以 Maven 工程为例，如下面的代码所示，我们通过将 Curator 相关的引用包配置到 Maven 工程的 pom 文件中，将 Curaotr 框架引用到工程项目里，在配置文件中分别引用了两个 Curator 相关的包，第一个是 curator-framework 包，该包是对 ZooKeeper 底层 API 的一些封装。另一个是 curator-recipes 包，该包封装了一些 ZooKeeper 服务的高级特性，如：Cache 事件监听、选举、分布式锁、分布式 Barrier。</p>
<pre><code>&lt;dependency&gt;
&lt;groupId&gt;org.apache.curator&lt;/groupId&gt;
&lt;artifactId&gt;curator-framework&lt;/artifactId&gt;
&lt;version&gt;2.12.0&lt;/version&gt;
&lt;/dependency&gt;
&lt;dependency&gt;
&lt;groupId&gt;org.apache.curator&lt;/groupId&gt;
&lt;artifactId&gt;curator-recipes&lt;/artifactId&gt;
&lt;version&gt;2.12.0&lt;/version&gt;
&lt;/dependency&gt;
</code></pre>
<h3>基础方法</h3>
<p>部署好工程的开发环境后，接下来我们就可以利用 Curator 开发 ZooKeeper 服务了。首先，我们先看一下 Curator 框架提供的 API 编码风格。Curator 的编码采用“Fluent Style”流式，而所谓的流式编码风格在 Scala 等编程语言中也广泛被采用。如下面的代码所示，流式编程风格与传统的编码方式有很大不同，传统的代码风格会尽量把功能拆分成不同的函数，并分行书写。而流式编程功能函数则是按照逻辑的先后顺序，采用调用的方式，从而在代码书写上更加连贯，逻辑衔接也更加清晰。</p>
<p>下面这段代码的作用就是创建一个“/my/path”路径的节点到 ZooKeeper 服务端，之后将 myData 变量的数据作为该节点的数据。</p>
<pre><code>client.create().forPath(&quot;/my/path&quot;, myData)
</code></pre>
<h4>会话创建</h4>
<p>了解了 Curator 的编码风格和函数的调用规则后。我们来创建一个会话。</p>
<p>通过前几节课的学习，我们知道一个 ZooKeeper 服务中，客户端与服务端要想相互通信，完成特定的功能，首先要做的就是创建一个会话连接。那么如何利用 Curator 来创建一个会话连接呢？我们来看下面的这段代码：</p>
<pre><code>RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
.connectString(&quot;192.168.128.129:2181&quot;)
.sessionTimeoutMs(5000) // 会话超时时间
.connectionTimeoutMs(5000) // 连接超时时间
.retryPolicy(retryPolicy)
.namespace(&quot;base&quot;) // 包含隔离名称
.build();
client.start();
</code></pre>
<p>这段代码的编码风格采用了流式方式，最核心的类是 CuratorFramework 类，该类的作用是定义一个 ZooKeeper 客户端对象，并在之后的上下文中使用。在定义 CuratorFramework 对象实例的时候，我们使用了 CuratorFrameworkFactory 工厂方法，并指定了 connectionString 服务器地址列表、retryPolicy 重试策略 、sessionTimeoutMs 会话超时时间、connectionTimeoutMs 会话创建超时时间。下面我们分别对这几个参数进行讲解：</p>
<ul>
<li><strong>connectionString</strong>：服务器地址列表，服务器地址列表参数的格式是 host1:port1,host2:port2。在指定服务器地址列表的时候可以是一个地址，也可以是多个地址。如果是多个地址，那么每个服务器地址列表用逗号分隔。</li>
<li><strong>retryPolicy</strong>：重试策略，当客户端异常退出或者与服务端失去连接的时候，可以通过设置客户端重新连接 ZooKeeper 服务端。而 Curator 提供了 一次重试、多次重试等不同种类的实现方式。在 Curator 内部，可以通过判断服务器返回的 keeperException 的状态代码来判断是否进行重试处理，如果返回的是 OK 表示一切操作都没有问题，而 SYSTEMERROR 表示系统或服务端错误。</li>
<li><strong>超时时间</strong>：在 Curator 客户端创建过程中，有两个超时时间的设置。这也是平时你容易混淆的地方。一个是 sessionTimeoutMs 会话超时时间，用来设置该条会话在 ZooKeeper 服务端的失效时间。另一个是 connectionTimeoutMs 客户端创建会话的超时时间，用来限制客户端发起一个会话连接到接收 ZooKeeper 服务端应答的时间。<strong>sessionTimeoutMs 作用在服务端，而 connectionTimeoutMs 作用在客户端</strong>，请你在平时的开发中多注意。</li>
</ul>
<p>在完成了客户端的创建和实例后，接下来我们就来看一看如何使用 Curator 对节点进行创建、删除、更新等基础操作。</p>
<h4>创建节点</h4>
<p>创建节点的方式如下面的代码所示，回顾我们之前课程中讲到的内容，描述一个节点要包括节点的类型，即临时节点还是持久节点、节点的数据信息、节点是否是有序节点等属性和性质。</p>
<pre><code>client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath(&quot;path&quot;,&quot;init&quot;.getBytes());
</code></pre>
<p>在 Curator 中，使用 create 函数创建数据节点，并通过 withMode 函数指定节点是临时节点还是持久节点，之后调用 forPath 函数来指定节点的路径和数据信息。</p>
<h4>更新节点</h4>
<p>说完了节点的创建，接下来我们再看一下节点的更新操作，如下面的代码所示，我们通过客户端实例的 setData() 方法更新 ZooKeeper 服务上的数据节点，在setData 方法的后边，通过 forPath 函数来指定更新的数据节点路径以及要更新的数据。</p>
<pre><code>client.setData().forPath(&quot;path&quot;,&quot;data&quot;.getBytes());
</code></pre>
<h4>删除节点</h4>
<p>如果我们想删除 ZooKeeper 服务器上的节点，可以使用 Curator 中的 client.delete()。如下面的代码所示，在流式调用中有几个功能函数：</p>
<pre><code>client.delete().guaranteed().deletingChildrenIfNeeded().withVersion(10086).forPath(&quot;path&quot;);
</code></pre>
<p>下面我将为你分别讲解这几个函数的功能：</p>
<ul>
<li><strong>guaranteed</strong>：该函数的功能如字面意思一样，主要起到一个保障删除成功的作用，其底层工作方式是：<strong>只要该客户端的会话有效，就会在后台持续发起删除请求，直到该数据节点在 ZooKeeper 服务端被删除。</strong></li>
<li><strong>deletingChildrenIfNeeded</strong>：指定了该函数后，系统在删除该数据节点的时候会以递归的方式直接删除其子节点，以及子节点的子节点。</li>
<li><strong>withVersion</strong>：该函数的作用是指定要删除的数据节点版本。</li>
<li><strong>forPath</strong>：该函数的作用是指定要删除的数据节点的路径，也就是我们要删除的节点。</li>
</ul>
<h3>高级应用</h3>
<p>在上面的工程部署中，我们提到使用 Curator 需要引用两个包，而其中的 curator-recipes 包如它的名字一样，即“Curator 菜谱”，它提供了很多丰富的功能，很多高级特性都是在这个包中实现的。</p>
<h4>异常处理</h4>
<p>无论使用什么开发语言和框架，程序都会出现错误与异常等情况，而 ZooKeeper 服务使客户端与服务端通过网络进行通信的方式协同工作，由于网络不稳定和不可靠等原因，使得网络中断或高延迟异常情况出现得更加频繁，所以处理好异常是决定 ZooKeeper 服务质量的关键。</p>
<p>在 Curator 中，客户端与服务端建立会话连接后会一直监控该连接的运行情况。在底层实现中通过</p>
<p>ConnectionStateListener 来监控会话的连接状态，当连接状态改变的时候，根据参数设置 ZooKeeper 服务会采取不同的处理方式，而一个会话基本有六种状态，如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F7pw-CAZMcMAABbJUFbJOY244.png" alt="image" /></p>
<p>下面我来为你详细讲解这六种状态的作用：</p>
<ul>
<li><strong>CONNECTED（已连接状态）</strong>：当客户端发起的会话成功连接到服务端后，该条会话的状态变为 CONNECTED 已连接状态。</li>
<li><strong>READONLY（只读状态）</strong>：当一个客户端会话调用
CuratorFrameworkFactory.Builder.canBeReadOnly() 的时候，该会话会一直处于只读模式，直到重新设置该条会话的状态类型。</li>
<li><strong>SUSPENDED（会话连接挂起状态）</strong>：当进行 Leader 选举和 lock 锁等操作时，需要先挂起客户端的连接。<strong>注意这里的会话挂起并不等于关闭会话，也不会触发诸如删除临时节点等操作。</strong></li>
<li><strong>RECONNECTED（重新连接状态）</strong>：当已经与服务端成功连接的客户端断开后，尝试再次连接服务端后，该条会话的状态为 RECONNECTED，也就是重新连接。重新连接的会话会作为一条新会话在服务端运行，之前的临时节点等信息不会被保留。</li>
<li><strong>LOST（会话丢失状态）</strong>：这个比较好理解，当客户端与服务器端因为异常或超时，导致会话关闭时，该条会话的状态就变为 LOST。</li>
</ul>
<p>在这里，我们以 Curator 捕捉到的会话关闭后重新发起的与服务器端的连接为例，介绍 Curator 是如何进行处理的。</p>
<p>首先，要想处理一个会话关闭的异常，必须要捕获这条异常事件。如下面的代码所示，我们创建了一个 sessionConnectionListener 类，用来监听事件的异常关闭操作。该类实现了 ConnectionStateListener 接口，这个接口是 Curator 的内部接口，负责监控会话的状态变化。当会话状态发生改变时，系统就会调用 stateChanged 函数，我们可以在 stateChanged 函数中编写会话状态的处理逻辑，这里我设置了当会话改变的时候，客户端会一直尝试连接服务端直到接连成功。</p>
<pre><code>class sessionConnectionListener implements ConnectionStateListener {
public void stateChanged(CuratorFramework curatorFramework, ConnectionState connectionState){
while(true){
...
reConnectZKServer(..);
}
}
}
</code></pre>
<p>总体来说，使用 Curator 处理会话异常非常简单，只要实现 ConnectionStateListener 接口并在对应的状态变更函数中实现自己的处理逻辑即可。</p>
<h4>Leader 选举</h4>
<p>除了异常处理，接下来我们再介绍一个在日常工作中经常要解决的问题，即开发 ZooKeeper 集群的相关功能。</p>
<p>在分布式环境中，ZooKeeper 集群起到了关键作用。在之前的课程中我们讲过，Leader 选举是保证 ZooKeeper 集群可用性的解决方案，可以避免在集群使用中出现单点失效等问题。在 ZooKeeper 服务开始运行的时候，首先会选举出 Leader 节点服务器，之后在服务运行过程中，Leader 节点服务器失效时，又会重新在集群中进行 Leader 节点的选举操作。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F7pxGCAPkfEAAAxSw3ff2o475.png" alt="image" /></p>
<p>而在日常开发中，使用 ZooKeeper 原生的 API 开发 Leader 选举相关的功能相对比较复杂。Curator 框架中的 recipe 包为我们提供了高效的，方便易用的工具函数，分别是 LeaderSelector 和 LeaderLatch。</p>
<p>LeaderSelector 函数的功能是选举 ZooKeeper 中的 Leader 服务器，其具体实现如下面的代码所示，通过构造函数的方式实例化。在一个构造方法中，第一个参数为会话的客户端实例 CuratorFramework，第二个参数是 LeaderSelectorListener 对象，它是在被选举成 Leader 服务器的事件触发时执行的回调函数。</p>
<pre><code>public LeaderSelector(CuratorFramework client, String mutexPath,LeaderSelectorListener listener)
</code></pre>
<p>第二个工具函数是 LeaderLatch，它也是实现 Leader 服务器功能的函数。与 LeaderSelector 函数不同的是，LeaderLatch 函数将 ZooKeeper 服务中的所有机器都作为 Leader 候选机器，在服务运行期间，集群中的机器轮流作为 Leader 机器参与集群工作。具体方式如下面的代码所示：</p>
<pre><code>public LeaderLatch(CuratorFramework client, String latchPath)
</code></pre>
<p>LeaderLatch 方法也是通过构造函数的方式实现 LeaderLatch 实例对象，并传入会话客户端对象 CuratorFramework，而构造函数的第二个参数 latchPath 是一个字符类型字段。在服务启动后， 调用了 LeaderLatch 的客户端会和其他使用相同 latch path 的服务器交涉，然后选择其中一个作为 Leader 服务器。</p>
<h3>结束</h3>
<p>通过本课时的学习，我们掌握了 Curator 框架的主要使用方法，在日常工作中能够运用 Curator 提高我们的开发效率和程序的可靠性。</p>
<p>Curator 是一个功能丰富的框架，除了上述功能外，还可以实现诸如分布式锁、分布式计数器、分布式队列等功能。本课时主要起到引导作用，希望你在这节课的基础上进一步学习相关的技术知识，在日常开发中多使用 Curator 提高代码的开发效率和工程服务的质量。</p>
</div>
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