前言
软件系统集成一直是工业界的一个难题，像10年以上的遗留系统集成，公司收购后的多系统集成，全球性的分步式系统集成等。虽然基于SOA的软件架构，从理论上都可以解决这些集成的问题，但是具体实施过程，有些集成项目过于复杂而失败。
随着技术的创新和发展，对于分步式集群应用的集成，有了更好的开源软件的支持，像zookeeper就是一个不错的分步式协作软件平台。本文将通过一个案例介绍Zookeeper的强大。
1. 项目背景：分布式消息中间件
随着hadoop的普及，越来越多的公司开始构建自己的 Hadoop系统。有时候，公司内部的不同部门或不同的团队，都有自己的Hadoop集群。这种多集群的方式，既能让每个团队拥有个性化的Hadoop， 又能避免大集群的高度其中化运维难度。当数据量不是特别巨大的时候，小型集群会有很多适用的场合。
当然，多个小型集群也有缺点，就是资源配置可能造成浪费。每个团队的Hadoop集群，都要配有服务器和运维人员。有些能力强的团队，构建的hadoop集群，可以达到真正的个性化要求；而有一些能力比较差的团队，搭建的Hadoop集群性能会比较糟糕。
还有一些时候，多个团队需要共同完成一个任务，比如，A团队通过Hadoop集群计算的结果，交给B团队继续工作，B完成了自己任务再交给C团队继续做。这就有点像业务系统的工作流一样，一环一环地传下去，直到最后一部分完成。
在业务系统中，我们经常会用SOA的架构来解决这种问题，每个团队在ESB服务器上部署自己的服务，然后通过消息中间件完成调度任务。对于分步式的多个Hadoop集群系统的协作，同样可以用这种架构来做，只要把消息中间件引擎换成支持分步式的消息中间件的引擎就行了。
Zookeeper就可以做为 分步式消息中间件，来完成上面的说的业务需求。ZooKeeper是Hadoop家族的一款高性能的分布式协作的产品，是一个为分布式应用所设计的分布 的、开源的协调服务，它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，简化分布式应用协调及其管理的难度，提供高性能的分布式服务。 Zookeeper的安装和使用，请参考文章 ZooKeeper伪分布式集群安装及使用。
ZooKeeper提供分布式协作服务，并不需要依赖于Hadoop的环境。
2. 需求分析：业务系统升级方案
下面我将从一个案例出发，来解释如何进行分步式协作平台的系统设计。
2.1 案例介绍
某大型软件公司，从事领域为供应链管理，主要业务包括了 采购管理、应付账款管理、应收账款管理、供应商反复管理、退货管理、销售管理、库存管理、电子商务、系统集成等。
每块业务的逻辑都很复杂，由单独部门进行软件开发和维护，部门之间的系统没有直接通信需求，每个部门完成自己的功能就行了，最后通过数据库来共享数据，实现各功能之间的数据交换。
随着业务的发展，客户对响应速度要求越来越高，通过数据库来共享数据的方式，已经达不到信息交换的要求，系统进行了第一次升级，通过企业服务总线(ESB)统一管理公司内部所有业务。通过WebServices发布服务，通过Message Queue实现业务功能的调度。
公司业务规模继续扩大，跨国收购了多家公司。业务系统从原来的一个机房的集中式部署，变成了全球性的多机房的分步式部署。这时，Message Queue已经不能满足多机房跨地域的业务系统的功能需求了，需要一种分步式的消息中间件解决方案，来代替原有消息中间件的服务。
系统进行了第二次升级，采用Zookeeper作为分步式中间件调度引擎。
通过上面的描述，我们可以看出，当一个公司从小到大，从国内业务发展到全球性业务的时候。
为了配合业务发展，IT系统也是越来越复杂的，从最早的主从数据库设计，到ESB企业系统总线的扩展，再到分步式ESB配合分步式消息系统，每一次的升级都需要软件技术的支撑。
2.2 功能需求
全球性采购业务和全球性销售业务，让公司在市场中处于竞争优势。但由于采购和销售分别是由不同部门进行的软件开发和维护，而且业务往来也在不同的国家和地区。所以在每月底结算时，工作量都特别大。
比如，计算利润表 (请不要纠结于公式的准确性)
当月利润 = 当月销售金额 - 当月采购金额 - 当月其他支出
这样一个非常简单的计算公式，但对于跨国公司和部门来说，一点也不简单的。
从系统角度来看，采购部门要统计采购数据(海量数据)，销售部门统计销售数据((海量数据)，其他部门统计的其他费用支出(汇总的少量数据)，最后系统计算得到当月的利润。
这里要说明的是，采购系统是单独的系统，销售是另外单独的系统，及以其他几十个大大小小的系统，如何能让多个系统，配合起来做这道计算题呢？？
3. 架构设计：搭建Zookeeper的分步式协作平台
接下来，我们基于zookeeper来构建一个分步式队列的应用，来解决上面的功能需求。下面内容，排除了ESB的部分，只保留zookeeper进行实现。
采购数据，为海量数据，基于Hadoop存储和分析。
销售数据，为海量数据，基于Hadoop存储和分析。
其他费用支出，为少量数据，基于文件或数据库存储和分析。
我们设计一个同步队列，这个队列有3个条件节点，分别对应采购 (purchase)，销售(sell)，其他费用(other)3个部分。当3个节点都被创建后，程序会自动触发计算利润，并创建利润(profit) 节点。上面3个节点的创建，无顺序要求。每个节点只能被创建一次。
系统环境
1.2个独立的Hadoop集群
2.2个独立的Java应用
3.3个Zookeeper集群节点
图标解释：
1.Hadoop App1,Hadoop App2 是2个独立的Hadoop集群应用
2.Java App3,Java App4 是2个独立的Java应用
3.zk1,zk2,zk3是ZooKeeper集群的3个连接点
4./queue，是znode的队列目录，假设队列长度为3
5./queue/purchase，是znode队列中，1号排对者，由Hadoop App1提交，用于统计采购金额。
6./queue/sell，是znode队列中，2号排对者，由Hadoop App2提交，用于统计销售金额。
7./queue/other，是znode队列中，3号排对者，由Java App3提交，用于统计其他费用支出金额。
8./queue/profit，当znode队列中满了，触发创建利润节点。
9.当/qeueu/profit被创建后，app4被启动，所有zk的连接通知同步程序(红色线)，队列已完成，所有程序结束。
补充说明：
1.创建/queue/purchase,/queue /sell,/queue/other目录时，没有前后顺序，程序提交后，/queue目录下会生成对应该子目录App1可以通过zk2提交，App2也 可通过zk3提交。原则上，找最近路由最近的znode节点提交。
2.每个应用不能重复提出，直到3个任务都提交，计算利润的任务才会被执行。
3./queue/profit被创建后，zk的应用会监听到这个事件，通知应用，队列已完成！
4.这里的同步队列的架构更详细的设计思路，请参考文章 ZooKeeper实现分布式队列Queue
4. 程序开发：基于Zookeeper的程序设计
最终的功能需求：计算2013年01月的利润。
4.1 实验环境
在真正企业开发时，我们的实验环境应该与需求是一致的，但我的硬件条件有限，因些做了一个简化的环境设置。
1.把zookeeper的完全分步式部署的3台服务器集群节点的，改为一台服务器上3个集群节点。
2.把2个独立Hadoop集群，改为一个集群的2个独立的MapReduce任务。
开发环境：
Win7 64bit |
Zookeeper服务器环境：
Linux Ubuntu 12.04 LTS 64bit |
Hadoop服务器环境：
Linux Ubuntu 12.04 LTS 64bit |
4.2 实验数据
3组实验数据：
采购数据，purchase.csv |
4.2.1 采购数据集
一共4列，分别对应 产品ID,产品数量,产品单价,采购日期。
1,26,1168,2013-01-08 |
4.2.2 销售数据集
一共4列，分别对应 产品ID,销售数量,销售单价,销售日期。
1,14,1236,2013-01-14 |
4.2.3 其他费用数据集
一共2列，分别对应 发生日期，发生金额
2013-01-02,552 |
4.3 程序设计
我们要编写5个文件：
1.计算采购金额，Purchase.java
2.计算销售金额，Sell.java
3.计算其他费用金额，Other.java
4.计算利润，Profit.java
5.Zookeeper的调度，ZookeeperJob.java
4.3.1 计算采购金额
采购金额，是基于Hadoop的MapReduce统计计算。
public class Purchase {
public static final String HDFS = "hdfs://192.168.1.210:9000";
public static final Pattern DELIMITER = Pattern.compile("[\t,]");
public static class PurchaseMapper extends Mapper {
private String month = "2013-01";
private Text k = new Text(month);
private IntWritable v = new IntWritable();
private int money = 0;
public void map(LongWritable key, Text values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
System.out.println(values.toString());
String[] tokens = DELIMITER.split(values.toString());
if (tokens[3].startsWith(month)) {// 1月的数据
money = Integer.parseInt(tokens[1]) * Integer.parseInt(tokens[2]);//单价*数量
v.set(money);
context.write(k, v);
}
}
}
public static class PurchaseReducer extends Reducer {
private IntWritable v = new IntWritable();
private int money = 0;
@Override
public void reduce(Text key, Iterable values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
for (IntWritable line : values) {
// System.out.println(key.toString() + "\t" + line);
money += line.get();
}
v.set(money);
context.write(null, v);
System.out.println("Output:" + key + "," + money);
}
}
public static void run(Map path) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
JobConf conf = config();
String local_data = path.get("purchase");
String input = path.get("input");
String output = path.get("output");
// 初始化purchase
HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(HDFS, conf);
hdfs.rmr(input);
hdfs.mkdirs(input);
hdfs.copyFile(local_data, input);
Job job = new Job(conf);
job.setJarByClass(Purchase.class);
job.setOutputKeyClass(Text.class);
job.setOutputValueClass(IntWritable.class);
job.setMapperClass(PurchaseMapper.class);
job.setReducerClass(PurchaseReducer.class);
job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);
FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(input));
FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(output));
job.waitForCompletion(true);
}
public static JobConf config() {// Hadoop集群的远程配置信息
JobConf conf = new JobConf(Purchase.class);
conf.setJobName("purchase");
conf.addResource("classpath:/hadoop/core-site.xml");
conf.addResource("classpath:/hadoop/hdfs-site.xml");
conf.addResource("classpath:/hadoop/mapred-site.xml");
return conf;
}
public static Map path(){
Map path = new HashMap();
path.put("purchase", "logfile/biz/purchase.csv");// 本地的数据文件
path.put("input", HDFS + "/user/hdfs/biz/purchase");// HDFS的目录
path.put("output", HDFS + "/user/hdfs/biz/purchase/output"); // 输出目录
return path;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
run(path());
}
}
|
4.3.2 计算销售金额
销售金额，是基于Hadoop的MapReduce统计计算。
public class Sell {
public static final String HDFS = "hdfs://192.168.1.210:9000";
public static final Pattern DELIMITER = Pattern.compile("[\t,]");
public static class SellMapper extends Mapper {
private String month = "2013-01";
private Text k = new Text(month);
private IntWritable v = new IntWritable();
private int money = 0;
public void map(LongWritable key, Text values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
System.out.println(values.toString());
String[] tokens = DELIMITER.split(values.toString());
if (tokens[3].startsWith(month)) {// 1月的数据
money = Integer.parseInt(tokens[1]) * Integer.parseInt(tokens[2]);//单价*数量
v.set(money);
context.write(k, v);
}
}
}
public static class SellReducer extends Reducer {
private IntWritable v = new IntWritable();
private int money = 0;
@Override
public void reduce(Text key, Iterable values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
for (IntWritable line : values) {
// System.out.println(key.toString() + "\t" + line);
money += line.get();
}
v.set(money);
context.write(null, v);
System.out.println("Output:" + key + "," + money);
}
}
public static void run(Map path) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
JobConf conf = config();
String local_data = path.get("sell");
String input = path.get("input");
String output = path.get("output");
// 初始化sell
HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(HDFS, conf);
hdfs.rmr(input);
hdfs.mkdirs(input);
hdfs.copyFile(local_data, input);
Job job = new Job(conf);
job.setJarByClass(Sell.class);
job.setOutputKeyClass(Text.class);
job.setOutputValueClass(IntWritable.class);
job.setMapperClass(SellMapper.class);
job.setReducerClass(SellReducer.class);
job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);
FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(input));
FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(output));
job.waitForCompletion(true);
}
public static JobConf config() {// Hadoop集群的远程配置信息
JobConf conf = new JobConf(Purchase.class);
conf.setJobName("purchase");
conf.addResource("classpath:/hadoop/core-site.xml");
conf.addResource("classpath:/hadoop/hdfs-site.xml");
conf.addResource("classpath:/hadoop/mapred-site.xml");
return conf;
}
public static Map path(){
Map path = new HashMap();
path.put("sell", "logfile/biz/sell.csv");// 本地的数据文件
path.put("input", HDFS + "/user/hdfs/biz/sell");// HDFS的目录
path.put("output", HDFS + "/user/hdfs/biz/sell/output"); // 输出目录
return path;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
run(path());
}
}
|
4.3.3 计算其他费用金额
其他费用金额，是基于本地文件的统计计算。
public class Other {
public static String file = "logfile/biz/other.csv";
public static final Pattern DELIMITER = Pattern.compile("[\t,]");
private static String month = "2013-01";
public static void main(String[] args) throws IOException {
calcOther(file);
}
public static int calcOther(String file) throws IOException {
int money = 0;
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(new File(file)));
String s = null;
while ((s = br.readLine()) != null) {
// System.out.println(s);
String[] tokens = DELIMITER.split(s);
if (tokens[0].startsWith(month)) {// 1月的数据
money += Integer.parseInt(tokens[1]);
}
}
br.close();
System.out.println("Output:" + month + "," + money);
return money;
}
}
|
4.3.4 计算利润
利润，通过zookeeper分步式自动调度计算利润。
public class Profit {
public static void main(String[] args) throws Exception {
profit();
}
public static void profit() throws Exception {
int sell = getSell();
int purchase = getPurchase();
int other = getOther();
int profit = sell - purchase - other;
System.out.printf("profit = sell - purchase - other = %d - %d - %d = %d\n", sell, purchase, other, profit);
}
public static int getPurchase() throws Exception {
HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(Purchase.HDFS, Purchase.config());
return Integer.parseInt(hdfs.cat(Purchase.path().get("output") + "/part-r-00000").trim());
}
public static int getSell() throws Exception {
HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(Sell.HDFS, Sell.config());
return Integer.parseInt(hdfs.cat(Sell.path().get("output") + "/part-r-00000").trim());
}
public static int getOther() throws IOException {
return Other.calcOther(Other.file);
}
}
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4.3.5 Zookeeper调度
调度，通过构建分步式队列系统，自动化程序代替人工操作。
public class ZooKeeperJob {
final public static String QUEUE = "/queue";
final public static String PROFIT = "/queue/profit";
final public static String PURCHASE = "/queue/purchase";
final public static String SELL = "/queue/sell";
final public static String OTHER = "/queue/other";
public static void main(String[] args) throws Exception {
if (args.length == 0) {
System.out.println("Please start a task:");
} else {
doAction(Integer.parseInt(args[0]));
}
}
public static void doAction(int client) throws Exception {
String host1 = "192.168.1.201:2181";
String host2 = "192.168.1.201:2182";
String host3 = "192.168.1.201:2183";
ZooKeeper zk = null;
switch (client) {
case 1:
zk = connection(host1);
initQueue(zk);
doPurchase(zk);
break;
case 2:
zk = connection(host2);
initQueue(zk);
doSell(zk);
break;
case 3:
zk = connection(host3);
initQueue(zk);
doOther(zk);
break;
}
}
// 创建一个与服务器的连接
public static ZooKeeper connection(String host) throws IOException {
ZooKeeper zk = new ZooKeeper(host, 60000, new Watcher() {
// 监控所有被触发的事件
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeCreated && event.getPath().equals(PROFIT)) {
System.out.println("Queue has Completed!!!");
}
}
});
return zk;
}
public static void initQueue(ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {
System.out.println("WATCH => " + PROFIT);
zk.exists(PROFIT, true);
if (zk.exists(QUEUE, false) == null) {
System.out.println("create " + QUEUE);
zk.create(QUEUE, QUEUE.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} else {
System.out.println(QUEUE + " is exist!");
}
}
public static void doPurchase(ZooKeeper zk) throws Exception {
if (zk.exists(PURCHASE, false) == null) {
Purchase.run(Purchase.path());
System.out.println("create " + PURCHASE);
zk.create(PURCHASE, PURCHASE.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} else {
System.out.println(PURCHASE + " is exist!");
}
isCompleted(zk);
}
public static void doSell(ZooKeeper zk) throws Exception {
if (zk.exists(SELL, false) == null) {
Sell.run(Sell.path());
System.out.println("create " + SELL);
zk.create(SELL, SELL.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} else {
System.out.println(SELL + " is exist!");
}
isCompleted(zk);
}
public static void doOther(ZooKeeper zk) throws Exception {
if (zk.exists(OTHER, false) == null) {
Other.calcOther(Other.file);
System.out.println("create " + OTHER);
zk.create(OTHER, OTHER.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} else {
System.out.println(OTHER + " is exist!");
}
isCompleted(zk);
}
public static void isCompleted(ZooKeeper zk) throws Exception {
int size = 3;
List children = zk.getChildren(QUEUE, true);
int length = children.size();
System.out.println("Queue Complete:" + length + "/" + size);
if (length >= size) {
System.out.println("create " + PROFIT);
Profit.profit();
zk.create(PROFIT, PROFIT.getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
for (String child : children) {// 清空节点
zk.delete(QUEUE + "/" + child, -1);
}
}
}
}
|
5. 运行程序
最后，我们运行整个的程序，包括3个部分。
zookeeper服务器
hadoop服务器
分步式队列应用
5.1 启动zookeeper服务
启动zookeeper服务器集群：
~ cd toolkit/zookeeper345 # 启动zk集群3个节点 ~ bin/zkServer.sh start conf/zk1.cfg ~ bin/zkServer.sh start conf/zk2.cfg ~ bin/zkServer.sh start conf/zk3.cfg ~ jps 4234 QuorumPeerMain 5002 Jps 4275 QuorumPeerMain 4207 QuorumPeerMain |
查看zookeeper集群中，各节点的状态
# 查看zk1节点状态 ~ bin/zkServer.sh status conf/zk1.cfg JMX enabled by default Using config: conf/zk1.cfg Mode: follower # 查看zk2节点状态，zk2为leader ~ bin/zkServer.sh status conf/zk2.cfg JMX enabled by default Using config: conf/zk2.cfg Mode: leader # 查看zk3节点状态 ~ bin/zkServer.sh status conf/zk3.cfg JMX enabled by default Using config: conf/zk3.cfg Mode: follower |
启动zookeeper客户端：
~ bin/zkCli.sh -server 192.168.1.201:2181 # 查看zk [zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 0] ls / [queue, queue-fifo, zookeeper] # /queue路径无子目录 [zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 1] ls /queue [] |
5.2 启动Hadoop服务
~ hadoop/hadoop-1.0.3 ~ bin/start-all.sh ~ jps 25979 JobTracker 26257 TaskTracker 25576 DataNode 25300 NameNode 12116 Jps 25875 SecondaryNameNode |
5.3 启动分步式队列ZookeeperJob
5.3.1 启动统计采购数据程序，设置启动参数1
只显示用户日志，忽略系统日志。
WATCH => /queue/profit /queue is exist! Delete: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/purchase Create: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/purchase copy from: logfile/biz/purchase.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/purchase Output:2013-01,9609887 create /queue/purchase Queue Complete:1/3 |
在zk中查看queue目录
[zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 3] ls /queue [purchase] |
5.3.2 启动统计销售数据程序，设置启动参数2
只显示用户日志，忽略系统日志。
WATCH => /queue/profit /queue is exist! Delete: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/sell Create: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/sell copy from: logfile/biz/sell.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/sell Output:2013-01,2950315 create /queue/sell Queue Complete:2/3 |
在zk中查看queue目录
[zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 5] ls /queue [purchase, sell] |
5.3.3 启动统计其他费用数据程序，设置启动参数3
只显示用户日志，忽略系统日志。
WATCH => /queue/profit /queue is exist! Output:2013-01,34193 create /queue/other Queue Complete:3/3 create /queue/profit cat: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/sell/output/part-r-00000 2950315 cat: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/biz/purchase/output/part-r-00000 9609887 Output:2013-01,34193 profit = sell - purchase - other = 2950315 - 9609887 - 34193 = -6693765 Queue has Completed!!! |
在zk中查看queue目录
[zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 6] ls /queue [profit] |
在最后一步，统计其他费用数据程序运行后，从日志中看到3个条件节点都已满足要求。然后，通过同步的分步式队列自动启动了计算利润的程序，并在日志中打印了2013年1月的利润为-6693765。
