HBase ZooKeeper Quorum：底層技術實現詳解

Apache HBase是一個構建在Apache Hadoop上面的開源分散式列存儲，適用於非常大的表。在HBase的分散式環境中，ZooKeeper主要用於管理集群狀態和管理數據字典。

一、ZooKeeper是什麼

ZooKeeper是Apache Hadoop生態系統的一部分，是一個分散式應用程序協調服務，可以用於解決問題，例如維護配置信息，命名，提供分散式鎖和分散式同步，以及提供隊列和分散式協作等功能，通過ZooKeeper，我們可以集中管理分散式應用程序的配置數據，為各種分散式應用程序提供同步服務，以及提供了分散式鎖來保證分散式應用在執行過程中的互斥操作和同步操作。ZooKeeper跟Hadoop關係很緊密，Hadoop中很多組件都是需要使用ZooKeeper的。

二、ZooKeeper的數據模型

ZooKeeper為分散式應用提供的數據模型是樹形結構的，節點稱為「znode」。Znode又可以分為持久節點和臨時節點，此外，還有一類節點特殊的「順序節點」。持久節點一旦創建後它就一直存在，即使創建它的客戶端斷開連接，節點依然存在，直到有客戶端顯式地來刪除它；而臨時節點則在創建它的客戶端斷開連接後會被從ZooKeeper的樹形結構上刪除。當然，我們也可以通過設置sessionTimeout參數，來讓程序在失去了到ZooKeeper伺服器的連接時，不會立刻死亡。

三、ZooKeeper的Quorum

ZooKeeper集群是通過奇數台伺服器來部署的，用於維護集群狀態和元數據。為了提高系統可靠性，通常會選擇部署一個包含奇數個ZooKeeper伺服器的ZooKeeper集群。對於一個集群，我們需要一個「Quorum」（AKA法定人數）來決定是否有足夠的服務在線，以令客戶端可以與集群進行通信。在一個Quorum中，有一部分ZooKeeper伺服器擁有「投票權」，只有獲得了大多數的投票，集群才認為可以服務請求，從而進入在線狀態。

在HBase中，用戶可以在hbase-site.xml文件中指定一個ZooKeeper集群的地址列表。通過這個配置，HBase客戶端可以將Java API的調用轉換為相應的zookeeper操作來管理HBase集群的狀態和元數據。ZooKeeper的Quorum機制是保證HBase集群可用性的關鍵所在，它主要由三個部分構成：Leader、Follower、Observer。

四、ZooKeeper的Leader和Follower

ZooKeeper的Leader和Follower是集群中兩個最重要的節點。Leader是選舉出來的具有最高權重的節點，它負責處理寫操作（例如：節點修改或創建）請求，並向集群中的其它Follower同步寫操作的結果。Leader會在ZooKeeper協議中佔據唯一性，當一個Follower掛掉後，Leader會重新選舉，選舉的過程是通過投票機制實現的。

Follower是ZooKeeper集群中工作最繁忙的節點之一，其職責是和Leader節點保持心跳，並且複製Leader節點最新的操作記錄，確保所有節點都保持相同的狀態。選擇Leader當前是否在線。

五、ZooKeeper的Observer

ZooKeeper的Observer節點是Follower節點的一種變體。通常情況下，Follower節點只有在它們需要投票選出新的Leader或者處理客戶端讀操作時才會發送消息到Leader節點。因此，為了減輕讀取操作帶來的負載並減少客戶端延遲，Observer節點則不參與投票選舉。相反，它只複製Leader的操作並因此僅用於分發讀取請求。

六、總結

本篇文章從多個方面詳細地闡述了HBase ZooKeeper Quorum的底層技術實現。首先，介紹了ZooKeeper的作用及其數據模型，然後，對ZooKeeper的Quorum具體實現做出了詳細的介紹，並分別介紹了Leader、Follower、Observer等三個關鍵節點。通過這篇文章的學習可以幫助我們更加深入地了解分散式存儲系統HBase的底層實現以及分散式系統中ZooKeeper的作用，從而更好的應用和開發底層分散式系統。

代碼示例：

//使用ZooKeeper獲取節點數據
public void getData(String path, boolean watch, AsyncCallback.DataCallback cb, Object ctx) {
    zooKeeper.getData(path, watch, cb, ctx);
}

//使用ZooKeeper設置節點數據
public Stat setData(String path, byte[] data, int version) throws KeeperException, InterruptedException {
    return zooKeeper.setData(path, data, version);
}

//使用ZooKeeper連接到伺服器
public void connect(String hosts) throws IOException, InterruptedException {
    zooKeeper = new ZooKeeper(hosts, SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
        public void process(WatchedEvent event) {
            System.out.println("ZooKeeper事件：" + event.getType());
            if (event.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
                connectedSemaphore.countDown();
            }
        }
    });
    connectedSemaphore.await();
}