本文介紹ZooKeeper的使用場景和MSE ZooKeeper的優勢。
ZooKeeper的技術應用場景
場景一：大數據領域的高可用
Kafka、Hadoop、HBase和Flink等大數據系統默認把ZooKeeper當作分布式協調的組件，利用ZooKeeper做出高可用方案，從而提高集群可用性。
場景二：自研系統的分布式協調
Master的選舉：
搶占主節點的方式：系統需要選舉出1個Master來執行任務，如下圖所示，Node1為Master，它會創建臨時主節點，并將自己的信息寫入Master，當Node1宕機，臨時主節點被釋放，此時Node2和Node3會爭搶創建臨時主節點。假如Node2創建了臨時主節點，Node2變為Master，Node3發現主節點已存在，不再創建和獲取主節點信息。
最小節點方式：利用ZooKeeper的臨時有序節點實現Master的選舉。選Master的時候，每臺Server往目錄下面寫一個臨時有序節點，約定序號最小的節點作為Master，當主節點宕機之后，按照從小到大的順序產生主節點。
分布式鎖：在分布式環境中，程序都分布在獨立的節點中，分布式鎖是控制分布式系統之間同步訪問共享資源的一種方式，分布式鎖主要有如下2種類型：
排他鎖（Exclusive Locks）：又稱為獨占鎖，利用ZooKeeper在一個具體路徑下只能創建一個節點的特性，即哪個節點優先創建成功，就意味著此節點搶到了鎖；同時其他節點也要監聽這個節點的變化，如果此節點刪除了，其他節點可以被通知去搶鎖。
共享鎖（Shared Locks）：又稱為讀鎖，多個進程可以同時獲取這把鎖進行讀操作，但是如果某個進程要獲取寫操作權限，那么此進程必須沒有讀數據的操作，且此進程是第一個獲取到寫操作類型的鎖。
分布式隊列：利用ZooKeeper的持久化有序節點，實現先入先出（First In First Out，簡稱FIFO）的分布式隊列，即先進入隊列的請求操作先完成后，才會開始處理后進入隊列的請求。
配置中心
利用ZooKeeper的存儲配置，實現配置信息的集中式管理和數據的動態更新，保證數據一致性。
場景三：微服務領域的注冊中心場景
在微服務場景，利用ZooKeeper的注冊和訂閱功能，ZooKeeper可用作Dubbo和Spring Cloud的注冊中心。
MSE提供的ZooKeeper企業級服務
MSE提供的ZooKeeper企業級服務，分為開發版和專業版兩種，前者適用于開發測試，后者在性能、可觀測和高可用方面做了諸多提升，用于生產環境。更多關于開發版和專業版的功能特性，請參見版本特性。
優勢一：穩定高可用
多AZ部署：平均部署可用區，提高集群容災能力。例如，當一個5節點的ZooKeeper集群，部署在3個可用區的時候，它應該是2/2/1的分布，任意一個可用區出現故障，不影響ZooKeeper的整體可用性，同時阿里云AZ之間的延時低于3ms，可以做到故障的風險可控。
高可用負載均衡：MSE ZooKeeper提供的主備高可用的SLB，自動對用戶請求做負載均衡，會把請求壓力分散到后端節點，并且會自動摘除后端故障節點，保證請求到正常的節點上。
節點故障自愈：依托于K8s的Liveness能力，在節點出現故障時，會自動恢復故障節點，及時地保障服務的可持續性。
數據安全：MSE ZooKeeper專業版提供了快照的備份能力，在集群出現非預期的情況時，能夠快速重建恢復集群中的數據，保障數據的安全。
優勢二：免運維且控制臺功能豐富
自建ZooKeeper和MSE ZooKeeper專業版對比如下：
| 對比項 | MSE ZooKeeper專業版 | 自建ZooKeeper |
| 系統搭建及運維成本 | 資源全托管免運維，內置SLB，自動綁定域名，故障節點自動摘除。 | 需自行購買各種資源搭建系統，運維升級需投入精力，人工成本高。 |
| 易用性 | 提供可視化的配置數據查詢和更新功能。系統參數已調優，支持頁面修改全局參數，自動重啟生效。 | 不支持可視化，需通過黑屏命令行手動操作。針對每個節點手動修改配置文件，需按序重啟，容易出現配置不一致導致集群選主失敗，效率低、風險高。 |
| 高可用 | 多可用區部署，故障自動檢測及恢復，SLA保障率達99.95%。 | 需自行探索和開發高可用保障體系，對團隊技術要求高。 |
| 支持擴縮容不重啟。 | 擴縮容要全量重啟。 | |
| 性能 | 集成高性能JVM，進行深度優化，性能提升1倍。 | 需要自行調試。 |
| 監控告警 | 可對集群狀態、連接數、TPS、ZNode、請求延時等指標進行監控，提供自定義告警規則及釘釘、電話、短信等告警渠道。 | 不支持，需自行搭建監控告警體系。 |
| 權限管理 | 服務注冊及配置管理支持RAM鑒權，RAM用戶（即子賬號）可管理實例訪問權限。 | 不支持。 |
優勢三：可觀測性增強
提供監控大盤：MSE ZooKeeper專業版和阿里云Prometheus監控進行集成，提供20多個ZooKeeper常用的監控指標和4個核心資源監控指標，供您免費開啟使用。
支持核心告警規則：可以滿足日常運維需求，在使用過程中如果您發現核心告警規則無法滿足需求，請加入釘群（釘群號：34754806）聯系技術支持。
開放Metrics標準指標：MSE ZooKeeper專業版，通過API的形式把ZooKeeper內置的70+Metrics指標開放。利用這些數據您可以自行的繪制監控大盤。
優勢四：性能提升
寫入性能提升：ZooKeeper的寫入性能和磁盤性能強相關。MSE ZooKeeper采用了阿里云ESSD高性能云盤，最大IOPS能夠達到5W，最大吞吐量350M/S，數據的可靠性達99.9999999%（即9個9），整個寫入TPS性能可提升約20%。
基于Dragonwell進行構建，讀取性能提升：MSE ZooKeeper集成阿里高性能JDK，開啟協程優化能力，并對ZooKeeper的讀寫任務隊列做出鎖粒度的優化，在高并發處理的場景下，讀取性能相比開源能夠提升1倍左右。
參數性能調優，降低GC時間：ZooKeeper是時延敏感型的應用，GC的時間和次數直接影響處理的吞吐量。MSE ZooKeeper專業版對JVM參數進行調優，堆的參數設置會根據不同的配置進行動態調節，同時提前做了資源碎片的回收，使GC時間降低80%，避免出現FullGC。
