【Apache ZooKeeper】znodeの種類を完全解説

2025年6月22日2025年6月25日

はじめに

分散システムにおける設定情報の一元管理やプロセス間の同期といった課題を解決する手段として、Apache ZooKeeperは長年にわたり活用されてきました。ZooKeeperは軽量ながら強力な協調サービスを提供し、システムの信頼性向上や構成管理の効率化に貢献します。

その中核をなすのが、ZooKeeperのデータモデルにおける基本単位であるznodeです。znodeは単なるデータ格納領域ではなく、セッションとの関係性や自動連番など、ZooKeeperならではの特徴を持ち、ユースケースによって使い分ける必要があります。

この記事では、znodeの種類とその違いについて、ZooKeeperの仕様やバージョン差異（特にv3.6.0以降の拡張）を踏まえながら詳しく解説します。実務経験に基づく活用例も交え、システム設計に役立つ知識を提供します。

ZooKeeperにおけるznodeとは？

ZooKeeperにおけるznodeは、ZooKeeperの名前空間内に存在するデータ格納の基本単位です。ZooKeeperはLinuxのファイルシステムに似たツリー構造を持ち、たとえば以下のような階層的な構成が可能です。

/
├── app
│   ├── config
│   │   ├── database
│   │   └── cache
│   └── status
│       ├── health
│       └── metrics
└── jobs
    ├── job-0001
    └── job-0002

各znodeは以下の要素で構成されています。

データ領域：最大1MBのバイナリデータ（設定値、状態情報など）
メタデータ：作成時刻、更新時刻、バージョン番号などの管理情報
アクセス制御：ACL（Access Control List）による細かい権限管理
ウォッチ機能：データ変更時の自動通知機能

znodeは単なるデータの入れ物ではなく、ZooKeeperの操作（設定共有、ロック制御、サービスの登録・監視など）の起点となる非常に重要な要素です。

そのため、znodeの種類や動作特性を正しく理解することは、ZooKeeperを用いた分散システムの設計・運用において不可欠です。

5種類のznodeとその違い

ZooKeeperで扱われるznodeには、用途や動作特性に応じて主に以下の5種類（正確には7通りのモード）があります。
それぞれのznodeにはライフサイクル（いつ削除されるか）や子ノードの可否、順序制御の有無などに違いがあり、設計時に適切に選定することが求められます。

1. 永続ノード（Persistent Node）

特徴：明示的に削除しない限り、ZooKeeperサーバの再起動やクライアントの切断後も残り続けます。
主な用途：設定情報の保存、サービス情報の登録など
Java API例：zk.create("/config", data, acl, CreateMode.PERSISTENT);

2. 一時ノード（Ephemeral Node）

特徴：ノードを作成したセッションが切断されると自動削除されます。
主な用途：リーダー選出、ロック制御、ヘルスチェックなど
制約：子ノードを持つことができない
Java API例：zk.create("/leader", data, acl, CreateMode.EPHEMERAL);

3. 連番ノード（Sequential Node）

特徴：ノード作成時に指定した名前の末尾に、自動で一意の連番（例：/task-0000000001）が付加されます。
主な用途：タスクキュー、順序付きロック制御、イベント履歴など
Java API例：zk.create("/queue/task-", data, acl, CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL);

4. コンテナノード（Container Node）※v3.6.0以降

特徴：子ノードがすべて削除された後、ZooKeeperのバックグラウンドスレッドにより自動的に削除されます。
主な用途：一時的な子ノード群を管理する親ノード（監視対象の集約先など）
注意点：自動削除は即時ではなく非同期で行われる
Java API例：zk.create("/jobs", data, acl, CreateMode.CONTAINER);

5. TTLノード（TTL Node）※v3.6.0以降

特徴：ミリ秒単位で指定された時間（TTL）が経過すると、ノードが自動的に削除されます。
主な用途：一時的キャッシュ、短期的なステータス保存、リトライ情報の有効期限管理など
利用条件：ZooKeeperサーバの設定でTTL機能を有効にしておく必要あり（zookeeper.extendedTypesEnabled=true）
Java API例：zk.create("/temp", data, acl, CreateMode.PERSISTENT_WITH_TTL, stat, 30000);

7種類の作成モード比較

ZooKeeperで利用可能な各作成モードの違いを、主要な観点ごとに一覧で整理しました。

znodeの作成モード	一時ノード	連番ノード	コンテナノード	TTLノード
PERSISTENT	×	×	×	×
EPHEMERAL	○	×	×	×
PERSISTENT_SEQUENTIAL	×	○	×	×
EPHEMERAL_SEQUENTIAL	○	○	×	×
CONTAINER	×	×	○	×
PERSISTENT_WITH_TTL	×	×	×	○
PERSISTENT_SEQUENTIAL_WITH_TTL	×	○	×	○

使用時の注意点と設計ガイドライン

znodeは強力な構造ですが、使用方法を誤ると予期せぬノード消失やパフォーマンス低下などのトラブルにつながることがあります。以下は、各znodeを選定・運用する際に意識すべきポイントです。

一時ノードはネットワーク分断でも削除され得る
一時ノードはセッション依存のため、ネットワーク一時切断やクライアント障害時にも削除されます。
→ 高可用性が求められる用途では、リトライポリシーやセッション監視との併用が必要です。
コンテナノードの削除は非同期処理
子ノードがすべて削除されると自動で消えますが、即時ではありません。
→ 定期的に明示的な削除ロジックを併用するのが安全です。
Apache Curatorなどの高レベルライブラリの活用を検討する
Javaの生APIではznode操作や監視設定に煩雑なコードが必要になる場面が多くあります。
→ Apache Curatorなどを活用すれば、リーダー選出やロック管理などがより安全かつ簡潔に実装可能です。