Zookeeper 的通信及会话

1. 前言

在前面的章节中，我们学习了 Zookeeper 的 Java 客户端 ZkClient 和 Curator 的基本使用，那这些客户端是如何与 Zookeeper 服务端建立通信的呢？我们就带着这个问题开启本节的内容。

2. Zookeeper 的通信协议

首先我们从 Zookeeper 的通信协议开始说起。我们都知道最常用的网络通信协议 TCP/IP 协议，而 Zookeeper 就是基于 TCP/IP 协议实现了自己的通信方式。

Zookeeper 的通信协议分为两部分，请求协议和响应协议，接下来我们分别进行介绍。

2.1 请求协议

请求协议是 Zookeeper Client 向 Zookeeper Server 发送请求时所使用的协议，包含了请求头和请求体。在 Zookeeper 中使用了 RequestHeader 类作为请求头。

// RequestHeader 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
public class RequestHeader implements Record{
    // 客户端序号，记录客户端请求发起的顺序
    private int xid;
    // 请求类型
    private int type;
}

而请求体会根据不同的请求类型来进行封装，接下来我们以会话创建、节点查询、节点更新三种类型的请求分别介绍相对应的请求体。

• 会话创建请求
  当 Zookeeper 客户端向 Zookeeper 服务端发送会话创建的请求时，使用 ConnectRequest 类来封装请求体：

  // ConnectRequest 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class ConnectRequest implements Record {
      // 请求协议的版本信息
      private int protocolVersion;
      // 最后一次接收到响应的服务端 zxid
      private long lastZxidSeen;
      // 会话超时时间
      private int timeOut;
      // 会话 id
      private long sessionId;
      // 密码
      private byte[] passwd;
  }

• 节点查询请求
  当 Zookeeper 客户端向 Zookeeper 服务端发送节点查询的请求时，使用 GetDataRequest 类来封装请求体：

  // GetDataRequest 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class GetDataRequest implements Record {
      // 节点全路径
      private String path;
      // 是否对该节点开启监听
      private boolean watch;
  }

• 节点更新请求
  当 Zookeeper 客户端向 Zookeeper 服务端发送节点更新的请求时，使用 SetDataRequest 类来封装请求体：

  // SetDataRequest 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class SetDataRequest implements Record {
      // 节点全路径
      private String path;
      // 节点更新的数据
      private byte[] data;
      // 节点更新后的版本，也就是在当前版本上加 1
      private int version;
  }

介绍了 Zookeeper 的请求协议之后，接下来我们继续学习 Zookeeper 的响应协议。

2.2 响应协议

响应协议会在接收到 Zookeeper 客户端的请求后，对请求协议进行解析并作出响应。和 Zookeeper 的请求协议相对应的，Zookeeper 的响应协议也是由响应头和响应体组成，响应体也需要根据不同的请求类型来封装响应体。在接收到 Zookeeper 客户端的请求后，由 ReplyHeader 类来解析请求头并对响应头进行封装：

// ReplyHeader 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
public class ReplyHeader implements Record {
    // 客户端序号，记录客户端请求发起的顺序
    private int xid;
    // 事务id
    private long zxid;
    // 错误状态码
    private int err;
}

• 会话创建响应
  当 Zookeeper 服务端接收到 Zookeeper 客户端的会话创建请求时，使用 ConnectResponse 类来封装响应体：

  // ConnectResponse 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class ConnectResponse implements Record {
      // 请求协议的版本信息
      private int protocolVersion;
      // 会话超时时间
      private int timeOut;
      // 会话 id
      private long sessionId;
      // 密码
      private byte[] passwd;
  }

• 节点查询响应
  当 Zookeeper 服务端接收到 Zookeeper 客户端的节点查询请求时，使用 GetDataResponse 类来封装响应体：

  // GetDataResponse 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class GetDataResponse implements Record {
      // 节点的数据
      private byte[] data;
      // 节点的状态
      private org.apache.zookeeper.data.Stat stat;
  }

• 节点更新响应
  当 Zookeeper 服务端接收到 Zookeeper 客户端的节点更新请求时，使用 SetDataResponse 类来封装响应体：

  // SetDataResponse 类实现了 Record 接口来进行序列化操作
  public class SetDataResponse implements Record {
      // 节点的状态
      private org.apache.zookeeper.data.Stat stat;
  }

介绍完 Zookeeper 的通信协议后，接下来我们要学习的是 Zookeeper 的会话，包括会话的结构，会话的状态等。

3. Zookeeper 的会话

Zookeeper 是一个 C/S 架构的服务，也就是 Client — Server 的形式。在我们使用 Zookeeper 时，都是使用 Zookeeper 的客户端向服务端发送请求，然后由服务端做出响应返回到客户端。在这个过程中，Zookeeper 的客户端需要与 Zookeeper 服务端建立连接，建立一个连接就是新建一个会话，那么会话的状态也就是 Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端的连接状态。
接下来我们从会话的结构开始进行讲解：

3.1 Session 的结构

会话 Session 的结构包括会话ID、会话超时时间、会话关闭状态 3 个属性：

• SessionID： 会话的唯一标识，由 Zookeeper 自动分配。
• TimeOut： 会话从新建到被关闭的时长，这个时间由 Zookeeper 服务端来管理。
• isClosing： 会话关闭的状态，如果会话已经被关闭，该会话就不会再被使用了。

3.2 Session 的状态

在 Zookeeper 的运行过程中，会话 Session 会经历各种状态的变化，从 Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端开始建立连接到连接被关闭，会话的状态会经历以下几种：

• CONNECTING：正在连接状态，Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端建立连接时的状态；
• CONNECTIED：已连接状态，Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端完成连接的状态；
• RECONNECTING：正在重新连接状态，当 Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端断开连接，Session 重连策略发起重新连接时的状态；
• RECONNECTED：已经重新连接状态，在 RECONNECTING 的基础上，完成了 Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端的重新连接；
• CLOSE：连接关闭状态，Zookeeper 客户端与 Zookeeper 服务端断开连接的状态。

4. 总结

在本节内容中，我们学习了 Zookeeper 的通信协议的实现方式，以及 Zookeeper 会话 Session 的结构和运行中的状态变化。以下是本节内容的总结：

1. Zookeeper 的通信协议。
2. Zookeeper 的会话。