1. Zookeeper概述
Zookeeper（后續(xù)簡(jiǎn)稱ZK）是一個(gè)分布式的闺属，開放源碼的分布式應(yīng)用程序協(xié)調(diào)服務(wù)汪疮，通常以集群模式運(yùn)轉(zhuǎn)循诉，其協(xié)調(diào)能力可以理解為是基于觀察者設(shè)計(jì)模式來實(shí)現(xiàn)的渡嚣；ZK服務(wù)會(huì)使用Znode存儲(chǔ)使用者的數(shù)據(jù)洁仗，并將這些數(shù)據(jù)以樹形目錄的形式來組織管理讲衫，支持使用者以觀察者的角色指定自己關(guān)注哪些節(jié)點(diǎn)\數(shù)據(jù)的變更缕棵，當(dāng)這些變更發(fā)生時(shí)，ZK會(huì)通知其觀察者涉兽；為滿足本篇目標(biāo)所需招驴，著重介紹以下幾個(gè)關(guān)鍵特性：
- 數(shù)據(jù)組織：數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)以樹形目錄(類似文件系統(tǒng))組織管理，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中都會(huì)保存數(shù)據(jù)信息和節(jié)點(diǎn)信息枷畏。
- 集群模式：通常是由3别厘、5個(gè)基數(shù)實(shí)例組成集群，當(dāng)超過半數(shù)服務(wù)實(shí)例正常工作就能對(duì)外提供服務(wù)矿辽，既能避免單點(diǎn)故障丹允，又盡量高可用，每個(gè)服務(wù)實(shí)例都有一個(gè)數(shù)據(jù)備份袋倔，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全局一致
- 順序更新：更新請(qǐng)求都會(huì)轉(zhuǎn)由leader執(zhí)行雕蔽，來自同一客戶端的更新將按照發(fā)送的順序被寫入到ZK，處理寫請(qǐng)求創(chuàng)建Znode時(shí)宾娜，Znode名稱后會(huì)被分配一個(gè)全局唯一的遞增編號(hào)批狐，可以通過順序號(hào)推斷請(qǐng)求的順序，利用這個(gè)特性可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)協(xié)調(diào)服務(wù)
- 監(jiān)聽機(jī)制：給某個(gè)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)監(jiān)聽器前塔，該節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生變更（例如更新或者刪除）晃虫，監(jiān)聽者就會(huì)收到一個(gè)Watch Event，可以感知到節(jié)點(diǎn)\數(shù)據(jù)的變更
- 臨時(shí)節(jié)點(diǎn)：session鏈接斷開臨時(shí)節(jié)點(diǎn)就沒了子寓，不能創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)（很關(guān)鍵）
ZK的分布式鎖正是基于以上特性來實(shí)現(xiàn)的滑废，簡(jiǎn)單來說是：
臨時(shí)節(jié)點(diǎn)：用于支撐異常情況下的鎖自動(dòng)釋放能力
順序節(jié)點(diǎn)：用于支撐公平鎖獲取鎖和排隊(duì)等待的能力
監(jiān)聽機(jī)制：用于支撐搶鎖能力
集群模式：用于支撐鎖服務(wù)的高可用
2. 加解鎖的流程描述
- 創(chuàng)建一個(gè)永久節(jié)點(diǎn)作為鎖節(jié)點(diǎn)（/lock2）
- 試圖加鎖的客戶端在指定鎖名稱節(jié)點(diǎn)（/lock2）下，創(chuàng)建臨時(shí)順序子節(jié)點(diǎn)
- 獲取鎖節(jié)點(diǎn)（/lock2）下所有子節(jié)點(diǎn)
- 對(duì)所獲取的子節(jié)點(diǎn)按節(jié)點(diǎn)自增序號(hào)從小到大排序
- 判斷自己是不是第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)寂屏，若是贰谣，則獲取鎖
- 若不是，則監(jiān)聽比該節(jié)點(diǎn)小的那個(gè)節(jié)點(diǎn)的刪除事件（這種只監(jiān)聽前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的方式避免了驚群效應(yīng)）
- 若是阻塞申請(qǐng)鎖迁霎，則申請(qǐng)鎖的操作可增加阻塞等待
- 若監(jiān)聽事件生效（說明前節(jié)點(diǎn)釋放了吱抚，可以嘗試去獲取鎖），則回到第3步重新進(jìn)行判斷考廉，直到獲取到鎖
- 解鎖時(shí)秘豹，將第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)刪除釋放
3. ZK分布式鎖的能力
可能讀者是單篇閱讀，這里引入上一篇《分布式鎖上-初探》中的一些內(nèi)容昌粤，一個(gè)分布式鎖應(yīng)具備這樣一些功能特點(diǎn)：
互斥性：在同一時(shí)刻既绕，只有一個(gè)客戶端能持有鎖
安全性：避免死鎖啄刹，如果某個(gè)客戶端獲得鎖之后處理時(shí)間超過最大約定時(shí)間，或者持鎖期間發(fā)生了故障導(dǎo)致無法主動(dòng)釋放鎖岸更，其持有的鎖也能夠被其他機(jī)制正確釋放鸵膏，并保證后續(xù)其它客戶端也能加鎖，整個(gè)處理流程繼續(xù)正常執(zhí)行
可用性：也被稱作容錯(cuò)性怎炊，分布式鎖需要有高可用能力谭企，避免單點(diǎn)故障，當(dāng)提供鎖的服務(wù)節(jié)點(diǎn)故障（宕機(jī)）時(shí)不影響服務(wù)運(yùn)行评肆，這里有兩種模式：一種是分布式鎖服務(wù)自身具備集群模式债查，遇到故障能自動(dòng)切換恢復(fù)工作；另一種是客戶端向多個(gè)獨(dú)立的鎖服務(wù)發(fā)起請(qǐng)求瓜挽，當(dāng)某個(gè)鎖服務(wù)故障時(shí)仍然可以從其他鎖服務(wù)讀取到鎖信息(Redlock)
可重入性：對(duì)同一個(gè)鎖盹廷，加鎖和解鎖必須是同一個(gè)線程，即不能把其他線程程持有的鎖給釋放了
高效靈活：加鎖久橙、解鎖的速度要快俄占；支持阻塞和非阻塞；支持公平鎖和非公平鎖
基于上文的內(nèi)容淆衷，這里簡(jiǎn)單總結(jié)一下ZK的能力矩陣（其它分布式鎖的情況會(huì)在后續(xù)文章中補(bǔ)充）：
關(guān)于性能不太高的一種說法
因?yàn)槊看卧趧?chuàng)建鎖和釋放鎖的過程中缸榄，都要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建、銷毀臨時(shí)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)鎖功能祝拯。ZK中創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)只能通過Leader服務(wù)器來執(zhí)行甚带，然后Leader服務(wù)器還需要將數(shù)據(jù)同步到所有的Follower機(jī)器上，這樣頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信佳头，性能的短板是非常突出的鹰贵。在高性能，高并發(fā)的場(chǎng)景下康嘉，不建議使用ZooKeeper的分布式鎖碉输。
由于ZooKeeper的高可用特性，在并發(fā)量不是太高的場(chǎng)景亭珍，也推薦使用ZK的分布式鎖敷钾。
4. InterProcessMutex 使用示例
Zookeeper 客戶端框架 Curator 提供的 InterProcessMutex 是分布式鎖的一種實(shí)現(xiàn)，acquire 方法阻塞|非阻塞獲取鎖块蚌，release 方法釋放鎖，另外還提供了可撤銷膘格、可重入功能峭范。
4.1 接口介紹
// 獲取互斥鎖
public void acquire() throws Exception;// 在給定的時(shí)間內(nèi)獲取互斥鎖
public boolean acquire(long time, TimeUnit unit) throws Exception;
// 釋放鎖處理public void release() throws Exception;// 如果當(dāng)前線程獲取了互斥鎖，則返回
trueboolean isAcquiredInThisProcess();
4.2 pom依賴
<dependency>
<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
<artifactId>log4j-core</artifactId>
<version>2.8.2</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
<artifactId>zookeeper</artifactId>
<version>3.5.7</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.curator</groupId>
<artifactId>curator-framework</artifactId>
<version>4.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.curator</groupId>
<artifactId>curator-recipes</artifactId>
<version>4.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.curator</groupId>
<artifactId>curator-client</artifactId>
<version>4.3.0</version>
</dependency>
4.3 示例
package com.atguigu.case3;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
public class CuratorLockTest {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建分布式鎖1
InterProcessMutex lock1 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), "/locks");
// 創(chuàng)建分布式鎖2
InterProcessMutex lock2 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), "/locks");
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
lock1.acquire();
System.out.println("線程1 獲取到鎖");
lock1.acquire();
System.out.println("線程1 再次獲取到鎖");
Thread.sleep(5 * 1000);
lock1.release();
System.out.println("線程1 釋放鎖");
lock1.release();
System.out.println("線程1 再次釋放鎖");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
lock2.acquire();
System.out.println("線程2 獲取到鎖");
lock2.acquire();
System.out.println("線程2 再次獲取到鎖");
Thread.sleep(5 * 1000);
lock2.release();
System.out.println("線程2 釋放鎖");
lock2.release();
System.out.println("線程2 再次釋放鎖");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
private static CuratorFramework getCuratorFramework() {
ExponentialBackoffRetry policy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 3);
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("xxx:2181,xxx:2181,xxx:2181")
.connectionTimeoutMs(2000)
.sessionTimeoutMs(2000)
.retryPolicy(policy).build();
// 啟動(dòng)客戶端
client.start();
System.out.println("zookeeper 啟動(dòng)成功");
return client;
}
}
5. DIY一個(gè)閹割版的分布式鎖
通過這個(gè)實(shí)例對(duì)照第2節(jié)內(nèi)容來理解加解鎖的流程瘪贱，以及如何避免驚群效應(yīng)纱控。
package com.rock.case2;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
/**
* zk 分布式鎖 v1版本:
* 完成功能 :
* 1. 避免了驚群效應(yīng)
* 缺失功能:
* 1. 超時(shí)控制
* 2. 讀寫鎖
* 3. 重入控制
*/
public class DistributedLock {
private String connectString;
private int sessionTimeout;
private ZooKeeper zk;
private CountDownLatch connectLatch = new CountDownLatch(1);
private CountDownLatch waitLatch = new CountDownLatch(1);
private String waitPath;
private String currentNode;
private String LOCK_ROOT_PATH;
private static String NODE_PREFIX = "w";
public DistributedLock(String connectString, int sessionTimeout, String lockName) {
//TODO:數(shù)據(jù)校驗(yàn)
this.connectString = connectString;
this.sessionTimeout = sessionTimeout;
this.LOCK_ROOT_PATH = lockName;
}
public void init() throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
// 建聯(lián)
zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watchedEvent -> {
// connectLatch 連接上zk后 釋放
if (watchedEvent.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
connectLatch.countDown();
}
});
connectLatch.await();// 等待zk正常連接后
// 判斷鎖名稱節(jié)點(diǎn)是否存在
Stat stat = zk.exists(LOCK_ROOT_PATH, false);
if (stat == null) {
// 創(chuàng)建一下鎖名稱節(jié)點(diǎn)
try {
zk.create(LOCK_ROOT_PATH, LOCK_ROOT_PATH.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} catch (KeeperException e) {
//并發(fā)創(chuàng)建沖突忽略辆毡。
if (!e.code().name().equals("NODEEXISTS")) {
throw e;
}
}
}
}
/**
* 待補(bǔ)充功能:
* 1. 超時(shí)設(shè)置
* 2. 讀寫區(qū)分
* 3. 重入控制
*/
public void zklock() throws KeeperException, InterruptedException {
if (!tryLock()) {
waitLock();
zklock();
}
}
/**
*
*/
private void waitLock() throws KeeperException, InterruptedException {
try {
zk.getData(waitPath, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
// waitLatch 需要釋放
if (watchedEvent.getType() == Watcher.Event.EventType.NodeDeleted && watchedEvent.getPath().equals(waitPath)) {
waitLatch.countDown();
}
}
}, new Stat());
// 等待監(jiān)聽
waitLatch.await();
} catch (KeeperException.NoNodeException e) {
//如果等待的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被清除了,不等了,再嘗試去搶鎖
return;
}
}
private boolean tryLock() throws KeeperException, InterruptedException {
currentNode = zk.create(LOCK_ROOT_PATH + "/" + NODE_PREFIX, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// 判斷創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)是否是最小的序號(hào)節(jié)點(diǎn)，如果是獲取到鎖甜害；如果不是舶掖，監(jiān)聽他序號(hào)前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
List<String> children = zk.getChildren(LOCK_ROOT_PATH, false);
// 如果children 只有一個(gè)值，那就直接獲取鎖尔店； 如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)眨攘，需要判斷，誰最小
if (children.size() == 1) {
return true;
} else {
String thisNode = currentNode.substring(LOCK_ROOT_PATH.length() + 1);
// 通過w00000000獲取該節(jié)點(diǎn)在children集合的位置
int index = children.indexOf(thisNode);
if (index == 0) {
//自己就是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
return true;
}
// 需要監(jiān)聽 他前一個(gè)節(jié)點(diǎn)變化
waitPath = LOCK_ROOT_PATH + "/" + children.get(index - 1);
}
return false;
}
// 解鎖
public void unZkLock() {
// 刪除節(jié)點(diǎn)
try {
zk.delete(this.currentNode, -1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
