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【JAVA开发】从0到1上手Java Zookeeper，看这篇就够了！

网友: 技术文档 2025-07-30 12:23:00

目录

一、Zookeeper 是什么

二、Zookeeper 的应用场景

（一）配置中心

（二）服务注册与发现

（三）分布式锁

三、安装 Zookeeper

（一）Linux 系统安装 Zookeeper

（二）Windows 系统安装 Zookeeper

（三）使用 Docker 安装 Zookeeper

四、Zookeeper 基础命令操作

（一）连接到 Zookeeper 服务器

（二）创建节点

（三）查看节点

（四）更新节点

（五）删除节点

五、Java 与 Zookeeper 交互

（一）引入依赖

（二）建立连接

（三）节点操作

（四）Watcher 机制

六、实战案例：分布式锁实现

（一）需求分析

（二）实现思路

（三）代码实现

七、总结与展望

一、Zookeeper 是什么

Zookeeper 是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，它是 Google 的 Chubby 的一个开源实现，也是 Hadoop 和 HBase 等分布式系统的重要组件 ，从设计模式角度来理解，是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper 就将负责通知已经在 Zookeeper 上注册的那些观察者做出相应的反应。

Zookeeper 提供了一系列的功能，主要包括：

  • 配置管理：在分布式系统中，经常需要管理一些配置信息，如数据库连接字符串、服务器地址等。Zookeeper 可以将这些配置信息存储在一个节点上，所有的应用程序都可以从这个节点获取配置信息。当配置信息发生变化时，Zookeeper 会通知所有的应用程序，应用程序可以重新获取最新的配置信息。例如，在一个微服务架构中，各个微服务可能需要共享一些公共的配置，如日志级别、缓存策略等，就可以通过 Zookeeper 来统一管理这些配置，当配置发生变化时，各个微服务能够及时感知并更新。
  • 分布式锁：在分布式系统中，多个进程可能需要访问共享资源，为了避免数据不一致等问题，需要使用分布式锁来保证同一时间只有一个进程能够访问共享资源。Zookeeper 通过创建临时顺序节点和 Watcher 机制来实现分布式锁。例如，在电商系统的库存扣减场景中，多个订单可能同时尝试扣减库存，利用 Zookeeper 的分布式锁可以确保每次只有一个订单能够成功扣减库存，避免超卖现象。
  • 集群管理：Zookeeper 可以用于管理集群中的节点，如节点的加入、离开、状态监控等。当一个节点加入集群时，它会在 Zookeeper 上创建一个临时节点，其他节点可以通过监听这个临时节点来得知有新节点加入。当一个节点离开集群时，它在 Zookeeper 上的临时节点会被删除，其他节点也会收到通知。以 Hadoop 集群为例，NameNode 的选举就可以借助 Zookeeper 来实现，确保集群中始终有一个活跃的 NameNode 来管理文件系统的元数据。
  • 命名服务：类似于文件系统中的路径，Zookeeper 允许应用程序通过路径标识资源，为分布式环境中的各种资源提供了一种统一的命名方式，使得客户端可以方便地通过名称来查找和访问资源。例如，在一个分布式的服务注册与发现系统中，每个服务可以在 Zookeeper 上注册自己的地址和端口等信息，客户端通过服务名称在 Zookeeper 上查找对应的服务地址，从而实现服务的调用。

二、Zookeeper 的应用场景

在实际的分布式系统开发中，Zookeeper 有着非常广泛的应用场景，以下为你详细介绍：

（一）配置中心

在分布式系统中，不同的服务实例可能需要共享一些配置信息，如数据库连接信息、日志级别等。使用 Zookeeper 作为配置中心，可以将这些配置信息存储在 Zookeeper 的节点上。当配置发生变化时，Zookeeper 会通过 Watcher 机制通知所有监听该节点的服务实例，服务实例可以及时获取最新的配置信息，无需人工手动干预每个服务节点的配置文件。例如，在一个电商微服务架构中，各个微服务如商品服务、订单服务、用户服务等都需要连接数据库，数据库的地址、用户名和密码等配置信息就可以存储在 Zookeeper 上，当数据库迁移或者账号密码变更时，只需要在 Zookeeper 上修改配置，各个微服务就能自动感知并更新配置 ，保证系统的正常运行。

（二）服务注册与发现

在分布式系统中，服务实例的数量和状态可能会动态变化。Zookeeper 可以实现服务注册与发现功能，服务提供者在启动时，将自己的服务信息（如服务地址、端口号等）注册到 Zookeeper 的某个节点下，这些节点通常是临时节点，当服务提供者宕机或者正常关闭时，对应的临时节点会自动删除。服务消费者通过监听 Zookeeper 上的服务节点，就可以实时获取到可用的服务提供者列表，从而实现服务的调用。例如，在一个分布式的文件存储系统中，有多个文件存储节点作为服务提供者，文件访问服务作为服务消费者，文件存储节点启动时向 Zookeeper 注册自己，文件访问服务从 Zookeeper 获取可用的文件存储节点列表，当有新的文件存储节点加入或者已有节点故障时，文件访问服务能及时更新服务列表，保证文件的正常读写。

（三）分布式锁

在分布式环境下，多个进程可能需要访问共享资源，为了避免数据不一致等问题，需要使用分布式锁来保证同一时间只有一个进程能够访问共享资源。Zookeeper 实现分布式锁的原理是利用其临时顺序节点和 Watcher 机制。当一个客户端需要获取锁时，就在 Zookeeper 上创建一个临时顺序节点，然后获取所有该节点下的子节点并排序，如果自己创建的节点是序号最小的，就表示获取到了锁；否则，监听比自己序号小的前一个节点，当前一个节点被删除时（即前一个持有锁的客户端释放锁），会收到通知，此时再去竞争锁。例如，在一个分布式任务调度系统中，多个调度节点可能同时尝试调度同一个任务，利用 Zookeeper 的分布式锁可以保证同一时间只有一个调度节点能够调度该任务，避免任务被重复执行。

三、安装 Zookeeper

Zookeeper 的安装过程并不复杂，以下为你详细介绍在不同操作系统上的安装步骤：

（一）Linux 系统安装 Zookeeper

  1. 准备 Java 运行环境：Zookeeper 是基于 Java 开发的，所以需要先安装 Java 运行环境（JDK）。可以从 Oracle 官方网站下载适合你系统的 JDK 安装包，下载完成后，按照安装向导进行安装，并配置好JAVA_HOME、PATH和CLASSPATH环境变量 。例如，如果你下载的 JDK 安装在/usr/local/jdk1.8.0_361目录下，那么在/etc/profile文件中添加如下配置：


export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_361


export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH


export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar


保存文件后，执行source /etc/profile使配置生效，然后通过java -version命令检查 Java 是否安装成功。


2. 下载 Zookeeper 安装包：访问 Zookeeper 官方网站的下载页面，选择你需要的版本，如当前较新的稳定版本 3.8.4 。点击下载链接，将安装包下载到本地，例如/usr/local/src目录。


3. 解压安装包：使用以下命令解压下载的 Zookeeper 安装包，将其解压到/usr/local目录：




cd /usr/local/src


tar -zxvf apache-zookeeper-3.8.4-bin.tar.gz -C /usr/local


解压完成后，在/usr/local目录下会生成一个apache-zookeeper-3.8.4-bin文件夹，后续我们用$ZK_HOME来表示这个目录。


4. 配置 zoo.cfg 文件：进入$ZK_HOME/conf目录，复制zoo_sample.cfg文件并命名为zoo.cfg，这是 Zookeeper 的核心配置文件，内容如下：




# The number of milliseconds of each tick


tickTime=2000


# The number of ticks that the initial


# synchronization phase can take


initLimit=5


# The number of ticks that can pass between


# sending a request and getting an acknowledgement


syncLimit=2


# the directory where the snapshot is stored.


# do not use /tmp for storage, /tmp here is just


# example sakes.


dataDir=/var/lib/zookeeper


# the port at which the clients will connect


clientPort=2181


# the maximum number of client connections.


# increase this if you need to handle more clients


#maxClientCnxns=60


#


# Be sure to read the maintenance section of the


# administrator guide before turning on autopurge.


#


# http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperAdmin.html#sc_maintenance


#


# The number of snapshots to retain in dataDir


#autopurge.snapRetainCount=3


# Purge task interval in hours


# Set to \"0\" to disable auto purge feature


#autopurge.purgeInterval=1


各配置项说明如下：


    

  • tickTime：Zookeeper 最小时间单元，单位毫秒 (ms)，默认值为 2000，它用于控制心跳和超时，其他时间配置大多是 tickTime 的整数倍。
    • 



    

  • initLimit：Leader 服务器等待 Follower 启动并完成数据同步的时间，默认值 5，表示 tickTime 的 5 倍，即 10 秒 。如果在这个时间内 Follower 没有完成同步，Leader 会认为 Follower 启动失败。
    • 



    

  • syncLimit：Leader 服务器和 Follower 之间进行心跳检测的最大延时时间，默认值 2，表示 tickTime 的 2 倍，即 4 秒。如果超过这个时间 Follower 没有响应，Leader 会认为 Follower 宕机。
    • 



    

  • dataDir：Zookeeper 服务器存储快照文件的目录，必须配置，建议不要使用/tmp目录，因为/tmp目录下的文件可能会被系统自动清理。
    • 



    

  • clientPort：服务器对外服务端口，客户端通过这个端口连接 Zookeeper 服务器，一般设置为 2181。
    • 



    

  • maxClientCnxns：限制单个客户端与 Zookeeper 服务器的最大连接数，默认值 60，设置为 0 表示不限制 。可以根据实际需求调整这个值，以防止单个客户端对服务器造成过大压力。
    • 



    

  • autopurge.snapRetainCount：自动清理时保留的快照文件数量，默认值 3，表示只保留最近的 3 个快照文件。
    • 



    

  • autopurge.purgeInterval：自动清理快照文件和事务日志的时间间隔，单位为小时，默认值 0 表示不开启自动清理功能 。如果设置为 1，则表示每小时自动清理一次。
    • 



你可以根据实际需求修改这些配置，例如修改dataDir为你希望存储数据的目录：




dataDir=/data/zookeeper


    

  1. 启动 Zookeeper：进入$ZK_HOME/bin目录，使用以下命令启动 Zookeeper 服务：
    2. 





./zkServer.sh start


启动成功后，会输出类似如下信息：




ZooKeeper JMX enabled by default


Using config: /usr/local/apache-zookeeper-3.8.4-bin/bin/../conf/zoo.cfg


Starting zookeeper ... STARTED


你可以使用./zkServer.sh status命令查看 Zookeeper 服务状态：




./zkServer.sh status


如果服务正常运行，会输出类似如下信息，显示当前节点是leader还是follower：




ZooKeeper JMX enabled by default


Using config: /usr/local/apache-zookeeper-3.8.4-bin/bin/../conf/zoo.cfg


Mode: follower


停止 Zookeeper 服务可以使用./zkServer.sh stop命令，重启服务使用./zkServer.sh restart命令。


（二）Windows 系统安装 Zookeeper


    

  1. 准备 Java 运行环境：和 Linux 系统一样，首先需要安装 Java 运行环境（JDK），从 Oracle 官方网站下载 Windows 版本的 JDK 安装包，运行安装程序，按照提示完成安装。安装完成后，配置JAVA_HOME、PATH和CLASSPATH环境变量。例如，JDK 安装在C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_361目录下，在系统环境变量中添加如下配置：
    2. 



    

  • 新建系统变量：变量名JAVA_HOME，变量值C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_361
    • 



    

  • 编辑PATH变量：在PATH变量值中添加%JAVA_HOME%\\bin和%JAVA_HOME%\\jre\\bin
    • 



    

  • 新建系统变量：变量名CLASSPATH，变量值.;%JAVA_HOME%\\lib;%JAVA_HOME%\\lib\\tools.jar
    • 



配置完成后，打开命令提示符，输入java -version检查 Java 是否安装成功。


    

  1. 下载 Zookeeper 安装包：在 Zookeeper 官方网站的下载页面下载 Windows 版本的 Zookeeper 安装包，下载完成后，将安装包解压到你希望安装的目录，例如C:\\zookeeper，后续我们用%ZK_HOME%来表示这个目录。
    2. 



    

  1. 配置 zoo.cfg 文件：进入%ZK_HOME%\\conf目录，复制zoo_sample.cfg文件并命名为zoo.cfg。打开zoo.cfg文件，根据实际需求修改配置项，修改方法和 Linux 系统中的配置类似。例如，修改dataDir为C:\\zookeeper\\data：
    2. 





dataDir=C:\\zookeeper\\data


    

  1. 启动 Zookeeper：进入%ZK_HOME%\\bin目录，双击zkServer.cmd文件启动 Zookeeper 服务。也可以在命令提示符中进入该目录，执行zkServer.cmd命令启动服务。启动成功后，命令提示符窗口会显示相关启动信息。
    2. 



查看 Zookeeper 服务状态可以在命令提示符中执行zkServer.cmd status命令，停止服务执行zkServer.cmd stop命令，重启服务执行zkServer.cmd restart命令。


（三）使用 Docker 安装 Zookeeper


    

  1. 安装 Docker：如果你的系统还没有安装 
    2. 




				
				               	

                			

				                

                	

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