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ZooKeeper 是一个开源的分布式应用程序协调服务，最初由 Google 开发的 Chubby 实现。它用于管理分布式集群，监视集群中各节点的状态，并根据节点反馈执行合理操作，为用户提供简单易用的接口和高效、稳定的系统。

ZooKeeper 提供了丰富的功能和服务，主要包括文件系统、通知机制、命名服务、配置管理、集群管理、分布式锁和队列管理等。其文件系统以 znode 为核心，支持创建、删除目录节点，且每个 znode 可以存储数据。znode 有四种类型：持久化目录节点、持久化顺序编号目录节点、临时目录节点和临时顺序编号目录节点，其中持久化节点在客户端断开连接后依旧存在，临时节点则会被删除。

ZooKeeper 的通知机制能够实时通知客户端关注的目录节点变化，包括数据变更、节点删除或子节点增删。这使得客户端能够及时响应集群状态变化，提升系统效率。

ZooKeeper 在配置管理方面，允许将配置信息存储在指定目录节点中，相关应用程序监听该目录节点。一旦配置变更，客户端即可收到通知并更新配置，简化了大规模系统的配置管理。

集群管理是 ZooKeeper 的重要功能之一。通过在父目录下创建临时目录节点，客户端可以实时监控机器的加入和退出，并在领导者崩溃或选举新的领导者时，自动同步集群状态。选举机制基于投票统计，确保领导者由拥有最多支持的节点担任，集群管理更加高效稳定。

分布式锁服务通过 ZooKeeper 的一致性文件系统实现，提供两种锁类型：一种是基于独占锁机制，另一种是基于顺序控制，确保多个客户端能够协同工作而不产生竞争。

队列管理功能分为同步队列和 FIFO 队列两种类型。同步队列要求所有成员同时在线才能使用，而 FIFO 队列则支持按顺序入队和出队操作，适用于分布式环境下的任务调度。

ZooKeeper 还支持数据复制，确保集群系统的容错性和扩展性。通过写任意复制机制，客户端可以直接访问最近节点，提升读写性能。数据复制的好处在于提高系统的可靠性和扩展能力。

在客户端与 ZooKeeper 的交互中，客户端主要负责发送请求并处理响应。客户端状态分为连接中、连接丢失等，确保服务的稳定性。配置管理和命名服务是 ZooKeeper 的核心应用场景，适用于分布式系统的配置推广和服务发现。

ZooKeeper 的设计目标包括最终一致性、可靠性、实时性、等待无关性和原子性。通过 zxid 标识事务，保证操作的顺序一致性。Server 工作状态分为 Looking、Leading 和 Following，确保集群高效运行。

选主流程采用 Paxos 算法，通过投票机制选举新的领导者，确保集群快速恢复。同步流程则负责确保 follower 与 leader 的状态一致，维护集群的整体共识。

作为分布式协调服务，ZooKeeper 广泛应用于配置管理、命名服务、队列管理和分布式锁等场景，帮助开发者构建高效、可靠的分布式系统。

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