数据模型：

Zookeeper通过分层名称空间来管理数据，和文件系统类型，唯一的不同点是每个znode既可以创建children，同时也可以存储数据。每个znode的路径是通过\分割的字符串，每个路径都是唯一的，不存在相对路径。任意Unicode字符都可以用于构建路径，除了一下几个限制：

空字符串（\u0000）、\u0001 - \u001F和 \u007F、\u009F（不好展示）、 \ud800 - uF8FF,、\uFFF0 - uFFFF

.可以用于路径里name的一部分，但是不能代表一个独立的路径，因为znode不存在相对路径，举个例子： "/a/b/./c"是不合法的，但是/a/b/c./c是合法的

数据节点：ZNode

Zookeeper tree里每个数据节点都成为ZNode。Znode里保存了数据状态，包括版本号、acl访问权限、时间戳等。Zookeeper通过版本号和时间戳来验证缓存和协调更新。每次znode更新成功，他的版本号会递增，无论什么时候客户端检索znode，他都会收到znode的版本号，当客户端更新或者删除数据时，客户端必须提供版本号，如果znode当前的版本号和客户端提供的版本号不一致，则操作会失败。

注意：znode、server、quorum peers和ensemble的差别

In distributed application engineering, the word node can refer to a generic host machine, a server, a member of an ensemble, a client process, etc. In the ZooKeeper documentation, znodes refer to the data nodes. Servers refer to machines that make up the ZooKeeper service; quorum peers refer to the servers that make up an ensemble; client refers to any host or process which uses a ZooKeeper service.

监听器：watcher

客户端可以在znode上添加监听器。当znode发生变化的时候，添加在它上面的监听器会被触发，然后删除。当监听器被触发后，服务端会发送给客户端一个通知。更多详情请参考：http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperProgrammers.html#ch_zkWatches

数据访问权限：ACL

客户端通过原子的方式读写znode里存储的数据，读写操作都是对znode里所有数据生效，也就是说，无法对znode里数据的某个字段进行读写操作，每个znode都通过访问控制列表acl来进行权限控制

Zookeeper的目标不是为了提供传统的数据库服务，也不擅长存储长度太大的对象，它管理的是一些协调数据（分布式服务用于协调服务的数据），比如配置信息、集群状态信息等。这些数据通常来说都比较小，不超过kb级别。Zookeeper客户端和服务端都会通过一定的校验来确保存储在每个znode的数据大小不超过1Mb。实际上，平均数据大小应该远比1Mb小。如果数据过大，Zookeeper需要花费更多的时间来处理客户端请求，并且数据的网络传输时延和读写存储时延会增大，这在一定程度上会对某些操作产生影响。如果碰到大数据存储的场景，通常的做法是将数据存放到大数据存储系统例如NFS或者HDFS，然后再Zookeeper里存放指向存储地址的指针。

临时节点：

ZooKeeper还支持临时节点，当session失效后，临时节点会被删除，因此临时节点不允许存在子节点。

有序节点-唯一命名空间：

当创建znode的时候，你可以通过Zookeeper在数据节点路径的最后增加一个逐渐递增的计数器，对于父节点来说，这个计数器是唯一的，格式为％010d（计数器以这种方式格式化以简化排序），比如说 0000000001。计数器是一个带符号整形，由父节点维护。当计数器大于2147483647时会造成溢出。

容器节点（Container Nodes）：

Zookeeper3.5.3版本增加了容器节点，这种类型的数据节点是为特定场景服务的，比如选主、锁等。当容器节点的最后一个子节点被删除后，服务端会随后会在某个时间点将容器删除。

限时节点（TTL Nodes）：

Zookeeper3.5.3版本增加了限时节点，当创建一个永久节点或者永久有序节点时，可以给这个节点增加一个时间属性（毫秒为单位），当指定时间内节点没有被修改，并且不存在子节点，那么服务端会在随后的某个时间点将此节点删除。注意：必须通过System属性启用TTL节点，因为默认情况下它们被禁用。如果你没有在系统层面启用TTL属性，那么在添加的时候会抛出KeeperException.UnimplementedException异常

Zookeeper的时间机制：

Zookeeper通过多种机制来进行时间回溯

ZXid：每次状态变更的时候，Zookeeper都会收到一个Zxid形式的时间戳（Zookeeper的事物id），这个id记录了集群里所有的变更次数，每次变更的时候，集群就会生成一个新的唯一zxid。如果zxid1小于zxid2，就表示zxid1发生在zxid2之前。

版本号：znode有三种类型的版本号，数据节点变更的次数、子节点的变更次数、节点ACL配置的变更次数，每次变化都会导致某个版本号递增。

Ticks时钟：集群通过时钟来对多服务节点之间的比如session超时、连接超时等进行计时，最小会话超时时间是最小时钟的2倍。如果客户端设置的最小会话超时时间小于最小时钟的两倍，那么服务端会告知客户端会话超时实际上是最小会话超时。

真实时间：

除了在znode创建和znode修改时将时间戳放入状态数据之外，ZooKeeper根本不使用实时或时钟时间。

Zookeeper的状态数据结构：

数据节点的状态结构由一下字段构成：

czxid 创建此znode的zxid

mzxid 最后一次更改此znode的zxid

pzxid 最后一次更改此节点子节点的zxid

ctime 从创建纪元开始到创建此节点的毫秒数

mtime 从创建纪元开始到最后一次更改节点的毫秒数

version 数据节点变更的次数

cversion 子节点的变更次数

aversion 节点ACL配置的变更次数

ephemeralOwner 此节点owner的会话id，只对临时节点有效

dataLength 节点数据大小

numChildren 子节点数量

Zookeeper Sessions

客户端通过创建服务端句柄，并且绑定此句柄来建立会话连接。创建成功后服务端句柄进入connecting状态，此时客户端开始尝试和集群的某个server建立连接，一旦连接建立，服务端句柄进入connected状态，在整个正常请求过程中，句柄会保持在connected状态。但是当发生不会回复的异常比如会话超时、鉴权失败等情况时，句柄会进入closed状态。如下图所示

为了能够和服务端建立会话连接，客户端必须提供host:port形式的服务端地址。比如 ( "127.0.0.1:3000,127.0.0.1:3001")。客户端会随机的选一个地址进行连接。如果连接失败，或者客户端由于任何原因和服务端断开，客户端会从地址列表里挑选另一个地址进行连接，直到连接成功建立。

Zookeeper3.2版本支持在服务端地址增加chroot。比如当你使用"127.0.0.1:3000,127.0.0.1:3001,127.0.0.1:3002/app/a"作为连接地址的时候，客户端会进入到此路径，并且所有的操作都会基于此路径之下。当不同的服务需要使用不同的路径时，这个功能就显得非常实用。

当客户端创建好句柄后，ZooKeeper会给客户端创建一个64字节大小数字作为会话id。当客户端和不同的server节点通信的时候，它会将会话id写到握手信息里。出于安全考虑，服务端给会话id创建了个只有集群机器能识别的密码，在连接建立后，服务端会把这个密码和会话id一起发送给客户端。无论何时，客户端在发送会话id的时候，都会带着这个密码。

客户端通过方法调用创建session的时候，会传入timeout参数，服务端收到请求后，会返回给客户端可以接受的超时时间。目前服务端要求超时时间在2-20倍时钟时间之中。

会话过去机制是在server端维护的，而不是客户端，当客户端建立会话的时候，它会传入一个超时时间，server端用这个值来判断会话是否超时。如果服务端在超时时间内没有收到客户端的心跳，服务端就会判断此会话已过期。此时集群会将这个会话周期内创建的临时节点全部删除，并且触发注册在节点上的所有监听器。除非重新建立tcp连接，否则客户端会一直保持失联状态。重新建立连接后，客户端会收到回话超时提醒。

客户端和服务端建立连接的时候，还会传入一个默认的监听器。当客户端发送状态变化的时候，这个监听器就会被触发。比如当客户端和服务端断连、会话超时等，客户端都能感知到。在建立新连接的时候，监听器收到的第一个事件是会话建立事件，因此监听器需要将初始状态设置成disconnected。

客户端通过发送请求来保持会话，当会话快超时但是没有业务请求的话，客户端会发送PING请求，通过这种方式既让服务端知道客户端依旧存活，也让服务端感知此会话依旧有效。PING的时间足够保守，以确保有合理的时间来检测死连接并重新连接到新服务器。

连接建立以后，有两种情况会导致API抛出connectionloss异常，1是当会话失效后客户端发起请求，2是当客户端与server连接断开后的异步请求

Zookeeper3.2版本增加了SessionMovedException：当一个服务端又收到了新会话id的请求时，原server端就会把老的会话id丢弃，此时就会抛出此异常。最常见的场景是客户端像server1发送请求，由于网络延时导致客户端连接断开，然后连到了新的server2，当这个请求最终到达server1的时候，server1发现会话已经过期，因此会移除此会话，关闭客户端连接。此时由于客户端连接到了server2，因此它根本就不会感知到会话被移除。另一种情况是当两个客户端用同一个会话id和密码与服务端发起重连的时候，其中一个重连成功，生成了新的会话id，第二个客户端请求会被server端丢弃。这时候第二个客户端就能够捕获到此异常了。

服务端列表更新：

我们可以通过方法调用，用新的服务器列表来替换就的连接地址池。此方法可能会导致现有连接断开。这取决于重连算法。举个例子：当老的连接池有3个server，新的连接池在老的基础上加了两个server变成5个，那么该算法将使客户端以概率0.4丢弃与其连接的当前主机的连接，并且导致客户端随机选择一个新主机建立连接。再举一个例子，加上地址池里原有5台server，我们把它去掉2台，连接到原3台的客户端会保持连接，连接到这两台的客户端会断开连接，然后随机从3台中选一台重新建立连接。

在第一个例子中，如果客户端重连到所有新的server失败，那么它会继续尝试重连老的server。接下来客户端就进入正常模式，下次重连的时候会从所有server中随机选择服务端进行重连。

Zookeeper监听器（Zookeeper Watcher）：

用户可以选择给所有的读请求添加监听器，我们来看下官方的定义：监听事件是一次性触发的，当数据发送变化时，监听事件会被发送给设置了监听器的客户端，三个重点：

1、触发一次：当一个客户端发送了getData("/znode1", true) 请求，然后znode1数据发生了改变，此时在znode1上添加了读事件的客户端会收到一个读事件，但是当后面znode1再次发生变化后，客户端不会再收到此事件了。

2、发送给客户端：这意味着在事件到达客户端时，有可能实际的操作结果还没有达到客户端。事件是通过异步的方式发送给客户端的，Zookeeper提供了一种机制保证顺序性：在事件到达客户端之前，客户端不会看到数据的变化。由于网络延时或者某些原因，Zookeeper无法保证不同的客户端在同一时刻获取到同一事件，但是它能保证事件变化和数据执行结果达到的时序性。

3、添加在数据上的监听器：指的是数据改变的方式。可以理解Zookeeper有两种类型的监听器，数据节点监听器和子节点监听器。getData() 和 exists() 用于设置数据监听器。getChildren() 用于设置子节点监听器。因此setData()会触发数据监听器，create()会触发数据节点监听器和父节点的子节点监听器。delete()会触发数据节点监听器、本节点的子节点监听器和父节点的子节点监听器

客户端在和某个server建立连接后，相关的znode监听器设置会保存在此server端。当客户端连接到新服务器时，将针对任何会话事件触发监听器。 从服务器断开连接时不会收到监听事件，所以当和新server建立连接后，如果有必要，需要将原来监听器全部重新注册一遍。举个事件丢失的例子：在断连期间，如果一个znode被创建然后又被删除了，那么这个客户端在重连后，会收不到znode的existence事件。

监听器的语义（Semantics of Watches）：

我们可以通过3个读操作来添加监听器：exists, getData, 和 getChildren。以下例子详细的介绍了如何添加监听器以及触发监听器的事件：

Created event: 通过调用exists来添加

Deleted event: 通过调用exists, getData, 和 getChildren来添加

Changed event: 通过调用exists 和 getData来添加

Child event: 通过调用getChildren来添加

删除监听器：

我们可以通过removeWatches来删除监听器。以下列出了当监听器被成功删除后会触发的事件：

Child Remove event: 通过调用getChildren添加的监听器

Data Remove event: 通过电影exists 或者 getData添加的监听器

Zookeeper访问权限控制：

Zookeeper的权限访问控制和Unix文件访问控制差不多，它使用权限位来允许/禁止针对节点的各种操作以及权限的范围。不同的是他不是使用3位来控制权限，在Zookeeper里，znode没有owner的概念，ACL指定ID和这些ID对应的权限集。

注意，ACL权限通常情况下知识针对znode有效，而不是针对子节点。Ids通过scheme:expression来定义。schema代表了认证方式，比如 ip:172.16.16.1  代表使用ip为172.16.16.1的认证方式，而digest:bob:password代表使用用户名为bob和密码认证的方式。当客户端连接到ZooKeeper并对其自身进行身份验证时，ZooKeeper会将与客户端对应的所有ID与客户端连接相关联。 当客户端尝试访问节点时，将根据znode的ACL检查这些ID。ACLs由(scheme:expression, perms)构成。举个例子： (ip:19.22.0.0/16, READ) 代表给ip段添加读权限。

ACL权限：

Zookeeper支持以下几种权限：

CREATE: you can create a child node

READ: you can get data from a node and list its children.

WRITE: you can set data for a node

DELETE: you can delete a child node

ADMIN: you can set permissions

CREATE和DELETE权限已从WRITE权限中删除，以获得更精细的访问控制。

CREATE 但是不 DELETE：客户端通过在父目录中创建ZooKeeper节点来创建请求。 您希望所有客户端都能够添加，但只有请求处理器才能删除

内置ACL方案：

world 代表所有客户端.

auth是一种特殊方案，它忽略任何提供的表达式，而是使用当前用户，凭据和方案。 在持久化ACL时，ZooKeeper服务器会忽略所提供的任何表达式（无论是使用SASL身份验证还是用户：密码，如使用DIGEST身份验证）。 但是，仍必须在ACL中提供表达式，因为ACL必须与表单scheme：expression：perms匹配。 提供此方案是为了方便，因为它是用户创建znode然后将该znode的访问权限仅限于该用户的常见用例。 如果没有经过身份验证的用户，则使用auth方案设置ACL将失败。

digest 使用username：password字符串生成MD5哈希，然后将其用作ACL ID标识。 通过以明文形式发送用户名：密码来完成身份验证。 在ACL中使用时，表达式将是用户名：base64编码的SHA1密码摘要。

ip 使用客户端主机IP作为ACL ID标识。 ACL表达式的形式为addr / bits，其中addr的最高有效位与客户端主机IP的最高有效位匹配

x509 还不是很了解

参考文章：http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperProgrammers.html