让我们首先讨论一下为什么想使用 ZooKeeper。ZooKeeper 是一个面向分布式系统的构建块。当设计一个分布式系统时，一般需要设计和开发一些协调服务：

ZooKeeper 虽然是一个针对分布式系统的协调服务，但它本身也是一个分布式应用程序。ZooKeeper 遵循一个简单的客户端-服务器模型，其中客户端 是使用服务的节点（即机器），而服务器 是提供服务的节点。ZooKeeper 服务器的集合形成了一个 ZooKeeper 集合体（ensemble）。在任何给定的时间内，一个 ZooKeeper 客户端可连接到一个 ZooKeeper 服务器。每个 ZooKeeper 服务器都可以同时处理大量客户端连接。每个客户端定期发送 ping 到它所连接的 ZooKeeper 服务器，让服务器知道它处于活动和连接状态。被询问的 ZooKeeper 服务器通过 ping 确认进行响应，表示服务器也处于活动状态。如果客户端在指定时间内没有收到服务器的确认，那么客户端会连接到集合体中的另一台服务器，而且客户端会话会被透明地转移到新的 ZooKeeper 服务器。

ZooKeeper 有一个类似于文件系统的数据模型，由 znodes 组成。可以将 znodes（ZooKeeper 数据节点）视为类似 UNIX 的传统系统中的文件，但它们可以有子节点。另一种方式是将它们视为目录，它们可以有与其相关的数据。每个这些目录都被称为一个 znode。图 2 显示的图代表与两个城市中的运动队相同的层次结构。

（下图表示了两个城市中的运动队的层次结构）

znode 层次结构被存储在每个 ZooKeeper 服务器的内存中。这实现了对来自客户端的读取操作的可扩展的快速响应。每个 ZooKeeper 服务器还在磁盘上维护了一个事务日志，记录所有的写入请求。因为 ZooKeeper 服务器在返回一个成功的响应之前必须将事务同步到磁盘，所以事务日志也是 ZooKeeper 中对性能最重要的组成部分。可以存储在 znode 中的数据的默认最大大小为 1 MB。因此，即使 ZooKeeper 的层次结构看起来与文件系统相似，也不应该将它用作一个通用的文件系统。相反，应该只将它用作少量数据的存储机制，以便为分布式应用程序提供可靠性、可用性和协调。

当客户端请求读取特定 znode 的内容时，读取操作是在客户端所连接的服务器上进行的。因此，由于只涉及集合体中的一个服务器，所以读取是快速和可扩展的。然而，为了成功完成写入操作，要求 ZooKeeper 集合体的严格意义上的多数节点都是可用的。在启动 ZooKeeper 服务时，集合体中的某个节点被选举为领导者。当客户端发出一个写入请求时，所连接的服务器会将请求传递给领导者。此领导者对集合体的所有节点发出相同的写入请求。如果严格意义上的多数节点（也被称为法定数量（quorum））成功响应该写入请求，那么写入请求被视为已成功完成。然后，一个成功的返回代码会返回给发起写入请求的客户端。如果集合体中的可用节点数量未达到法定数量，那么 ZooKeeper 服务将不起作用。

法定数量是通过严格意义上的多数节点来表示的。在集合体中，可以包含一个节点，但它不是一个高可用和可靠的系统。如果在集合体中有两个节点，那么这两个节点都必须已经启动并让服务正常运行，因为两个节点中的一个并不是严格意义上的多数。如果在集合体中有三个节点，即使其中一个停机了，您仍然可以获得正常运行的服务（三个中的两个是严格意义上的多数）。出于这个原因，ZooKeeper 的集合体中通常包含奇数数量的节点，因为就容错而言，与三个节点相比，四个节点并不占优势，因为只要有两个节点停机，ZooKeeper 服务就会停止。在有五个节点的集群上，需要三个节点停机才会导致 ZooKeeper 服务停止运作。

现在，我们已经清楚地了解到，节点数量应该是奇数，让我们再来思考一下 ZooKeeper 集合体中需要有多少个节点。读取操作始终从连接到客户端的 ZooKeeper 服务器读取数据，所以它们的性能不会随着集合体中的服务器数量额变化而变化。但是，仅在写入法定数量的节点时，写入操作才是成功的。这意味着，随着在集合体中的节点数量的增加，写入性能会下降，因为必须将写入内容写入到更多的服务器中，并在更多服务器之间进行协调。

ZooKeeper 的美妙之处在于，想运行多少服务器完全由您自己决定。如果想运行一台服务器，从 ZooKeeper 的角度来看是没问题的；只是您的系统不再是高度可靠或高度可用的。三个节点的 ZooKeeper 集合体支持在一个节点故障的情况下不丢失服务，这对于大多数用户而言，这可能是没问题的，也可以说是最常见的部署拓扑。不过，为了安全起见，可以在您的集合体中使用五个节点。五个节点的集合体让您可以拿出一台服务器进行维护或滚动升级，并能够在不中断服务的情况下承受第二台服务器的意外故障。

因此，在 ZooKeeper 集合体中，三、五或七是最典型的节点数量。请记住，ZooKeeper 集合体的大小与分布式系统中的节点大小没有什么关系。分布式系统中的节点将是 ZooKeeper 集合体的客户端，每个 ZooKeeper 服务器都能够以可扩展的方式处理大量客户端。例如，HBase（Hadoop 上的分布式数据库）依赖于 ZooKeeper 实现区域服务器的领导者选举和租赁管理。您可以利用一个相对较少（比如说，五个）节点的 ZooKeeper 集合体运行有 50 个节点的大型 HBase 集群。

现在让我们设置并部署有三个节点的 ZooKeeper 集合体。在这里，我们将使用撰写本文时的最新版的 ZooKeeper：3.4.5 。我们用于此演示的节点被命名为 zkserver1.mybiz.com、zkserver2.mybiz.com 和 zk3server3.mybiz.com。必须在每个节点上遵循下面的步骤来启动 ZooKeeper 服务器：

1. 如果尚未安装 JDK，请下载安装它（参阅 参考资料）。这是必需的，因为 ZooKeeper 服务器在 JVM 上运行。

2. 下载 ZooKeeper 3.4.5. tar.gz tarball 并将它解压缩到适当的位置。

清单 1. 下载 ZooKeeper tarball 并将它解压缩到适当的位置

3. 创建一个目录，用它来存储与 ZooKeeper 服务器有关联的一些状态：mkdir /var/lib/zookeeper。您可能需要将这个目录创建为根目录，并在以后将这个目录的所有者更改为您希望运行 ZooKeeper 服务器的用户。

4. 设置配置。创建或编辑 zookeeper3.4.5/conf/zoo.cfg 文件，使其与 清单 2 相似。

清单 2. 设置配置

值得重点注意的一点是，所有三个机器都应该打开端口 2181、2888 和 3888。在本例中，端口 2181 由 ZooKeeper 客户端使用，用于连接到 ZooKeeper 服务器；端口 2888 由对等 ZooKeeper 服务器使用，用于互相通信；而端口 3888 用于领导者选举。您可以选择自己喜欢的任何端口。通常建议在所有 ZooKeeper 服务器上使用相同的端口。

5. 创建一个 /var/lib/zookeeper/myid 文件。此文件的内容将只包含 zkserver1.mybiz.com 上的数字 1、zkserver2.mybiz.com 上的数字 2 和 zkserver3.mybiz.com 上的数字 3。清单 3 显示了来自 zkserver1.mybiz.com 的此文件的 cat 输出。

清单 3. cat 输出

现在，您已经做好了在每台机器上启动 ZooKeeper 服务器的准备。

清单 4. 启动 ZooKeeper 服务器

现在，您可以从其中一台正在运行 ZooKeeper 服务器的机器上启动一个 CLI 客户端。

清单 5. 启动 CLI 客户端

客户端提供一个服务器列表，可以任意选中一个进行连接。如果在连接过程中失去与该服务器的连接，则会选中列表中的另一台服务器，而且客户端会话也会转移到该服务器。一旦启动了客户端，您就可以创建、编辑和删除 znode。让我们在 /mynode创建一个znode，使用helloworld 作为关联的数据。

清单 6. 在 /mynode 上创建一个 znode

现在，让我们在 /mynode 验证和检索数据。

清单 7. 在 /mynode 验证和检索数据

您会发现，在获取一个 znode 数据时，客户端也返回了一些与 znode 有关的元数据。此元数据中的一些重要字段包括，与创建和最后修改 znode 的时间有关的阶段时间戳（ctime 和 mtime）、每次修改数据都会更改的数据版本（dataVersion）、数据长度（dataLength）、这个 znode 的子节点的数量（numChildren）。我们现在可以删除 znode。

清单 8. 删除 znode

让我们在 /mysecondnode 创建另一个 znode。

清单 9. 创建另一个 znode

现在，让我们在 /mysecondnode 验证和检索数据。这一次，我们在最后提供了一个可选参数 1。此参数为 /mysecondnode 上的数据设置了一个一次性的触发器（名称为 watch）。如果另一个客户端在 /mysecondnode 上修改数据，该客户端将会获得一个异步通知。请注意，该通知只发送一次，除非 watch 被重新设置，否则不会因数据发生改变而再次发送通知。

清单 10. 在 /mysecondnode 上验证和检索数据