ZooKeeper会话机制详解

一、会话的基本概念

会话（Session） 是ZooKeeper客户端与服务端之间的TCP长连接抽象，是维护客户端状态（如临时节点生命周期、Watcher通知、请求顺序性）的核心机制。会话通过**会话ID（sessionId）**唯一标识，由服务端在客户端连接时分配，确保分布式环境下会话的一致性。

二、会话的创建

客户端通过ZooKeeper.connect()方法发起连接时，需指定会话超时时间（sessionTimeout）（单位：毫秒）。服务端会将该值调整至2×tickTime至20×tickTime之间（tickTime是ZooKeeper的基本时间单位，默认2000ms），并生成全局唯一的sessionId（算法：高8位为服务器ID，后56位为当前时间毫秒数左移8位）。创建完成后，客户端状态转为CONNECTED，服务端通过SessionTracker（会话管理器）记录会话信息。

三、会话的状态生命周期

会话状态随连接情况动态变化，主要包括：

• CONNECTING：客户端正在连接服务端（如首次调用connect()）。
• CONNECTED：连接成功，客户端与服务端正常通信。
• RECONNECTING：连接断开后，客户端自动尝试重连（如网络抖动）。
• CLOSED：会话终止（因超时、客户端主动关闭或异常）。

状态转换逻辑：CONNECTING→CONNECTED→（断开）→RECONNECTING→CONNECTED（重连成功）或CLOSED（重连失败/超时）。

四、会话的管理：分桶策略与心跳机制

1. 分桶策略（Bucket Strategy）

服务端为提升会话超时检查效率，将所有会话按**过期时间（ExpirationTime）**分组到不同“桶”中。ExpirationTime计算公式为：
ExpirationTime = 当前时间 + sessionTimeout
服务端将ExpirationTime向上取整为tickTime的整数倍（如tickTime=2000ms，sessionTimeout=5000ms，则ExpirationTime=6000ms），并将会话放入对应桶中。检查时仅需遍历即将过期的桶，而非所有会话，大幅降低时间复杂度。

2. 心跳机制（Heartbeat）

心跳是维持会话活跃的关键。客户端通过两种方式发送心跳：

• 显式PING请求：空闲时（约sessionTimeout/3时间间隔）自动发送，触发服务端更新会话过期时间。
• 隐式心跳：客户端发送读写请求时，服务端自动将请求视为心跳，无需额外网络开销。

服务端收到心跳后，调用touchSession方法更新会话的ExpirationTime，并将会话从旧桶迁移至新桶（对应新的过期时间）。

五、会话的超时处理

若服务端在sessionTimeout时间内未收到客户端心跳，会判定会话过期，执行以下流程：

1. 标记失效：将会话的isClosing属性设为true，停止处理该会话的新请求。
2. 收集临时节点：从内存数据库中获取该会话创建的所有临时节点（ephemeralOwner不为0的节点）。
3. 删除临时节点：将临时节点删除操作转换为事务变更，写入事务日志并同步至集群。
4. 清理会话：从SessionTracker中移除会话记录，关闭对应的NIOServerCnxn连接。

此时，客户端若仍在尝试操作，会收到SessionExpired异常，需重新创建会话并恢复临时数据（如重新创建临时节点）。

六、会话的重新连接

客户端与服务端断开连接后，会自动启动重连机制（Reconnecting状态）：

• 客户端从配置的服务器列表中依次尝试连接，直到成功或耗尽所有服务器。
• 若在sessionTimeout内重连成功，客户端状态转为CONNECTED，可使用原sessionId和sessionPassword恢复会话（服务端验证通过后，保持会话连续性）。
• 若超过sessionTimeout仍未重连成功，会话被服务端清理，客户端需重新创建会话（sessionId和sessionPassword失效）。

七、会话与临时节点、Watcher的关联

• 临时节点：临时节点的生命周期与会话绑定，会话过期后，服务端自动删除该会话创建的所有临时节点（ephemeralOwner字段标识所属会话）。
• Watcher：Watcher与会话关联，会话过期后，该会话注册的所有Watcher失效（服务端不再推送通知，客户端需重新注册）。