【分布式技术专题】「Zookeeper中间件」给大家学习一下Zookeeper的”开发伴侣”

CuratorFramework基本介绍

CuratorFramework是Netflix公司开源的一套Zookeeper客户端框架，它作为一款优秀的ZooKeeper客户端开源工具，主要提供了对客户端到服务的连接管理和连接重试机制，以及一些扩展功能，它解决了很多ZooKeeper客户端非常底层的细节开发工作。

主要的功能包括：连接重连、反复注册Watcher和NodeExistsException异常等，目前已经成为了Apache的顶级项目，是全世界范围内使用最广泛的ZooKeeper客户端之一，Patrick Hunt（ZooKeeper代码的核心提交者）以一句 “Guava is to Java what Curator is to ZooKeeper” （Curator对于ZooKeeper，可以说就像Guava工具集对于Java平台一样，作用巨大）对其进行了高度评价。

除此之外，Curator中还提供了ZooKeeper各种应用场景（Recipe，如共享锁服务、Master选举机制和分布式计数器等）的抽象封装。

CuratorFramework编程特点

除了封装一些开发人员不需要特别关注的底层细节之外，Curator还在ZooKeeper原生API的基础上进行了包装，提供了一套易用性和可读性更强的Fluent风格的客户端API框架。

CuratorFramework项目组件

Recipes：Zookeeper典型应用场景的实现，这些实现是基于Curator Framework。
Framework：Zookeeper API的高层封装，简化Zookeeper客户端编程，添加了例如Zookeeper连接管理、重试机制等。
Utilities：为Zookeeper提供的各种实用程序。
Client：Zookeeper client的封装，用于取代原生的Zookeeper客户端（ZooKeeper类），提供一些非常有用的客户端特性。
Errors：Curator如何处理错误，连接问题，可恢复的例外等。

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Maven依赖说明

由以下几个artifact的组成，但大多数情况下只用引入curator-recipes即可。

CuratorFramework简单使用

CuratorFramework的jar包在Maven仓库中心是可以找到，使用Maven，Gradle，Ant等可以很轻松简单的将Curator包含到项目当中。

很多用户会想要使用Curtor预编译的一些工具，所以Curator提供了curator-recipes，如果你仅仅想使用Zooeeper的简单包装，包括链接管理和重试机制，那么使用curator-framework就足够了。

Maven依赖配置

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

创建会话

使用CuratorFrameworkFactory这个工厂类的两个静态方法来创建一个客户端：

static CuratorFramework newClient(String connectString, RetryPolicy retryPolicy);
static CuratorFramework newClient(String connectString, int sessionTimeoutMs, int connectionTimeoutMs, RetryPolicy retryPolicy);

构造方法中的各参数

connectString：zk的server地址，多个server之间使用英文逗号分隔开
connectionTimeoutMs：连接超时时间，如上是30s，默认是15s
sessionTimeoutMs：会话超时时间，如上是50s，默认是60s
retryPolicy：失败重试策略

Session会话超时

该方法配置重连retryPolicy以及回话有效时间sessionTimeoutMs，重连就是当客户端与zookeeper 连接异常的时候，如网络波动，断开链接，支持重新连接，会话有效这个与节点的属性有关。那么zookeeper 有哪些节点属性。

重试策略

CuratorFramework通过一个接口RetryPolicy来让用户实现自定义的重试策略。在RetryPolicy来让用户实现自定义的重试策略。在RetryPolicy接口中定义了一个方法：

boolean allowRetry(int retryCount, long elapsedTimeMs, RetrySleeper sleeper)

RetryPolicy接口参数

默认提供了以下实现，分别为ExponentialBackoffRetry、BoundedExponentialBackoffRetry、RetryForever、RetryNTimes、RetryOneTime、RetryUntilElapsed。

通过调用CuratorFramework中的start()方法来启动会话。

获取Zookeeper连接会话

Curator链接实例（CuratorFramework）由CuratorFrameworkFactory获取，对于一个Zk集群，仅仅需要一个CuratorFramework实例：

RetryPolicy retryPolicy  = new ExponentialBackoffRetry(1000,3);
CuratorFramework Client = CuratorFrameworkFactory.builder()
            .connectString("ip:2181,ip2:2181,ip3:2181")
            .sessionTimeoutMs(3000)
            .connectionTimeoutMs(5000)
            .retryPolicy(retryPolicy)
            .build();
client.start();
client.blockUntilConnected();

这将会使用默认的值创建一个到ZK集群的链接，唯一需要特别指定单参数是重试机制，从例子上看，你需要使用：

RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3); 
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(zookeeperConnectionString, retryPolicy);
client.start();

获得到的CuratorFramework实例在使用之前需要调用其start方法，在不许要使用的时候需要调用close方法。

在上面这个示例程序中，我们首先创建了一个名为ExponentialBackoffRetry的重试策略，该重试策略是Curator默认提供的几种重试策略之一，其构造方法如下：

ExponentialBackOffRetry(int baseSleepTimeMs, int maxRetries);
ExponentialBackOffRetry(int baseSleepTimeMs, int maxRetries, int maxSleepMs);

ExponentialBackoffRetry构造方法参数：

构造器含有三个参数 ExponentialBackoffRetry(int baseSleepTimeMs, int maxRetries, int maxSleepMs)

baseSleepTimeMs：初始的sleep时间，用于计算之后的每次重试的sleep时间，计算公式：当前sleep时间=baseSleepTimeMs*Math.max(1, random.nextInt(1<<(retryCount+1)))
maxRetries：最大重试次数
maxSleepMs：最大sleep时间，如果上述的当前sleep计算出来比这个大，那么sleep用这个时间

org.apache.curator.RetryPolicy接口

start() 开始创建会话。
blockUntilConnected() 直到连接成功或超时。

ExponentialBackoffRetry的重试策略

给定一个初始sleep时间baseSleepTimeMs，在这个基础上结合重试次数，通过以下公式计算出当前需要sleep的时间：
当前sleep时间 = baseSleepTimeMs * Math.max(1, random.nextInt(1 << (retryCount + 1)))

随着重试次数的增加，计算出的sleep时间会越来越大。如果该sleep时间在maxSleepMs的范围之内，那么就使用该sleep时间，否则使用maxSleepMs。另外，maxRetries参数控制了最大重试次数，以避免无限制的重试。

CuratorFrameworkFactory工厂在创建出一个客户端CuratorFramework实例之后，实质上并没有完成会话的创建，而是需要调用CuratorFramework的start()方法来完成会话的创建。

创建一个初始内容为空的节点

一旦你拥有了CuratorFramework实例，你可以直接调用Zookeeper，这类似ZK发布版本中提供的原生的ZooKeeper对象，

client.create().forPath(path);

创建一个包含内容的节点

client.create().forPath(path,"数据欸日".getBytes());

创建临时节点，并递归创建父节点

client.create().creatingParentsIfNeeded().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath(path);

此处Curator和ZkClient一样封装了递归创建父节点的方法。在递归创建父节点时，父节点为持久节点。

client.create().forPath("/my/path", myData)

删除节点

删除一个子节点

client.delete().forPath(path);

删除节点并递归删除其子节点

client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath(path);

指定版本进行删除

client.delete().withVersion(1).forPath(path);

//如果版本不存在，则删除异常，信息如下：

org.apache.zookeeper.KeeperException$BadVersionException: KeeperErrorCode = BadVersion for

强制保证删除一个节点

client.delete().guaranteed().forPath(path);

读取数据

读取节点数据内容API相当简单，Curator提供了传入一个Stat，使用节点当前的Stat替换到传入的Stat的方法，查询方法执行完成之后，Stat引用已经执行当前最新的节点Stat。

普通查询

client.getData().forPath(path);

包含状态查询

Stat stat = new Stat();
client.getData().storingStatIn(stat()).forPath(path);

更新数据

更新数据，如果未传入version参数，那么更新当前最新版本，如果传入version则更新指定version，如果version已经变更，则抛出异常。

普通更新

client.setData().forPath(path,"新内容".getBytes());

指定版本更新

client.setData().withVersion(1).forPath(path);

更新出错，版本不一致异常：

org.apache.zookeeper.KeeperException$BadVersionException: KeeperErrorCode = BadVersion for

异步接口

在使用以上针对节点的操作API时，我们会发现每个接口都有一个inBackground()方法可供调用。此接口就是Curator提供的异步调用入口。对应的异步处理接口为BackgroundCallback。此接口指提供了一个processResult的方法，用来处理回调结果。其中processResult的参数event中的getType()包含了各种事件类型，getResultCode()包含了各种响应码。

重点说一下inBackground的以下接口：

public T inBackground(BackgroundCallback callback, Executor executor);
//此接口就允许传入一个Executor实例，用一个专门线程池来处理返回结果之后的业务逻辑。
/**
*  异步创建节点
*
* 注意:如果自己指定了线程池,那么相应的操作就会在线程池中执行,如果没有指定,
* 那么就会使用Zookeeper的EventThread线程对事件进行串行处理
* */
client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).inBackground(new BackgroundCallback() {
    public void processResult(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception {
        System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + ",code:"
                        + event.getResultCode() + ",type:" + event.getType());
        }
    }, Executors.newFixedThreadPool(10)).forPath("/async-node01");
client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).inBackground(new BackgroundCallback() {
    public void processResult(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception {
        System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + ",code:" 
                           + event.getResultCode() + ",type:" + event.getType());
        }
    }).forPath("/async-node02");

创建含隔离命名空间的会话

使用Curator的好处是Curator帮助我们管理客户端到ZK的链接，并且在出现网络链接的问题的时候将会执行指定的重试机制。为了实现不同的ZooKeeper业务之间的隔离，往往会为每个业务分配一个独立的命名空间，即指定一个ZooKeeper根路径。

下面所示的代码片段中定义了某一个客户端的独立命名空间为/base，那么该客户端对ZooKeeper上数据节点的任何操作，都是基于该相对目录进行的：

CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("domain1.book.zookeeper:2181")
	.sessionTimeoutMs(5000).retryPolicy(retryPolicy).namespace("base").build();