Zookeeper分布式鎖完整代碼實現(xiàn)篇

定義鎖根路徑:/locks ,過期時間

獲得鎖:
1先創(chuàng)建父節(jié)點locks,當前線程創(chuàng)建臨時順序節(jié)點(/locks/non000001)
2 獲取/locks下所有孩子節(jié)點(get /locks)并排序,最小的節(jié)點排最前面
3 如果子節(jié)點為空說明會話斷開了能耻,節(jié)點被刪除淤齐,返回獲取鎖失敗
4 如果當前節(jié)點=最小節(jié)點缸血,則返回獲取鎖成功,并新建一個線程來判定鎖過期。
5 如果當前節(jié)點不是最小節(jié)點拍埠,則設(shè)置監(jiān)聽比自己次小節(jié)點的刪除事件,然后掛起當前線程。(公平鎖)崔列,如果要實現(xiàn)非公平鎖添诉,則設(shè)置監(jiān)聽最小節(jié)點屁桑。
6 當最小編號的線程獲取鎖,處理完業(yè)務(wù)則刪除自己對應(yīng)的zk節(jié)點,刪除后會激活比自己大一號的節(jié)點線程從阻塞變?yōu)檫\行栏赴,被激活的線程是當前節(jié)點最小的了蘑斧,然后就可以獲取到鎖。
代碼實現(xiàn):

package geektime.spring.springbucks.waiter;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * @author liangxianliang
 * @create 2020-01-09 21:54
 */
public class ZookeeperLockTest {

    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(ZookeeperLockTest.class);
    private static final ThreadLocal<String> THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>();
    private static final ThreadLocal<ZooKeeper> ZK_THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>();
    /** 鎖的根路徑 **/
    private static final String LOCK_ROOT_PATH = "/locks";
    /** 鎖后綴 **/
    private static final String LOCK_SUFFIX = "_NO_";
    /** 創(chuàng)建根節(jié)點同步鎖 **/
    private static final String CREATE_ROOT_LOCK = "LOCK";
    /** 公平鎖 **/
    private static final boolean LOCK_FAIR = false;
    private final static byte[] BUF = new byte[0];
    static int LOCK_EXPIRES = 10;
    static int LOCK_WAITTIME = 10 ;


    /**
     *  獲得所有
     *  @param key   路徑不含‘/’
     *  @return boolean
     */
    public static boolean tryLock(String key) {
        return tryLock(key, LOCK_EXPIRES, LOCK_WAITTIME);
    }

    /**
     *  獲得鎖
     *  @param key   鍵/路徑
     *  @param expire    過期時間
     *  @param wait  等待時間
     *  @return boolean
     */
    public static boolean tryLock(String key, long expire, long wait) {
        ZooKeeper zooKeeper = getZooKeeper();
        ZK_THREAD_LOCAL.set(zooKeeper);
        return tryLock(zooKeeper, key, expire, wait);
    }

    /**
     *  獲得鎖
     *  @param zooKeeper zk連接
     *  @param key   路徑
     *  @param expire    過期時間
     *  @param wait  等待時間
     *  @return boolean
     */
    private static boolean tryLock(ZooKeeper zooKeeper, String key, long expire, long wait) {
        expire = expire * 1000;
        wait = wait * 1000;
        final String currNode;
        String path = LOCK_ROOT_PATH + "/" + key + LOCK_SUFFIX;
        try {
            currNode = zooKeeper.create(path, BUF, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
            //步驟一
            List<String> nodes = zooKeeper.getChildren(LOCK_ROOT_PATH, false);
            //過濾掉集合中不是當前業(yè)務(wù)的臨時節(jié)點
            nodes = nodes.stream().filter(o -> o.startsWith(key)).collect(Collectors.toList());
            nodes.sort(String::compareTo);
            //如果集合為空說明當前創(chuàng)建節(jié)點的session在步驟一處已經(jīng)斷開,并且創(chuàng)建的節(jié)點已經(jīng)被zk服務(wù)器刪除, 此種情況比較極端
            if (nodes.size() == 0) {
                return false;
            }
            //最小的節(jié)點就是自己創(chuàng)建的節(jié)點表示拿到鎖
            if (currNode.endsWith(nodes.get(0))) {
                runExpireThread(zooKeeper, currNode, expire);
                return true;
            }
            //沒有拿到鎖
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            //非公平鎖
            if(LOCK_FAIR){
                for (int i = 0; i < nodes.size(); i++) {
                    String node = nodes.get(i);
                    if (currNode.endsWith(node)) {
                        runExpireThread(zooKeeper, currNode, expire);
                        return true;
                    }
                    Stat stat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT_PATH + "/" + node, new LockWatcher(countDownLatch));
                    if (stat != null) {
                        delPath(zooKeeper);
                        //等待鎖超時
                        if(!countDownLatch.await(wait, TimeUnit.MILLISECONDS)){
                            return tryLock(zooKeeper, key, expire, wait);
                        }
                    }
                }
            }else{
                for (int i = 0; i < nodes.size(); i++) {
                    String node = nodes.get(i);
                    if (currNode.endsWith(node)) {
                        runExpireThread(zooKeeper, currNode, expire);
                        return true;
                    }
                    //當前節(jié)點的前一個節(jié)點
                    if (currNode.endsWith(nodes.get(i + 1))) {
                        Stat stat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT_PATH + "/" + node, new LockWatcher(countDownLatch));
                        if (stat != null) {
                            // 等待鎖超時竖瘾,如果是公平鎖沟突,等待時間是默認等待時間的2倍,防止因為拿鎖的線程處理業(yè)務(wù)時間太久
                            // 導(dǎo)致當前線程等待超時
                            if(!countDownLatch.await(wait * 2, TimeUnit.MILLISECONDS)){
                                delPath(zooKeeper);
                                return false;
                            }
                            return true;
                        }
                    }
                }
            }
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            LOG.error("create '{}' node fail.", key, e);
        }
        return false;
    }

    /**
     *  釋放鎖
     */
    public static void unLock() {
        ZooKeeper zooKeeper = ZK_THREAD_LOCAL.get();
        delPath(zooKeeper);
        close(ZK_THREAD_LOCAL.get());
        THREAD_LOCAL.remove();
        ZK_THREAD_LOCAL.remove();
    }

    /**
     *  創(chuàng)建分布式鎖的根路徑
     */
    private static void createLockRootPath() {
        ZooKeeper zooKeeper = getZooKeeper();
        try {
            Stat stat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT_PATH, false);
            if (stat == null) {
                synchronized (CREATE_ROOT_LOCK) {
                    stat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT_PATH, false);
                    if (stat == null) {
                        LOG.info("create lock root path '{}'", LOCK_ROOT_PATH);
                        zooKeeper.create(LOCK_ROOT_PATH, BUF, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
                        String path = LOCK_ROOT_PATH + "/key"  + LOCK_SUFFIX;
                        Stat stats = zooKeeper.exists(path, false);
                        zooKeeper.create(path, BUF, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
                    }
                }
            }
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     *  獲得zooke會話連接
     *  @return org.apache.zookeeper.ZooKeeper
     */
    private static ZooKeeper getZooKeeper() {
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        try {
            final ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper("127.0.0.1:2181", 30000, null);
            zooKeeper.register((watchedEvent) -> {
                switch (watchedEvent.getState()) {
                    case Expired:
                        close(zooKeeper);
                        break;
                    case SyncConnected:
                        countDownLatch.countDown();
                    default:
                }
            });
            if(!countDownLatch.await(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)){
                close(zooKeeper);
                throw new RuntimeException("wait for creating zookeeper connection timeout, timeout is [3000]");
            }
            return zooKeeper;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("create Zookeeper instance fail.", e);
        }
    }

    /**
     *  啟動一個線程來判斷鎖的過期時間准浴,方式業(yè)務(wù)假死事扭,zk不斷開導(dǎo)致死鎖
     *  @param zooKeeper zk連接
     *  @param currNode  當前節(jié)點
     */
    private static void runExpireThread(final ZooKeeper zooKeeper, String currNode, long expire){
        THREAD_LOCAL.set(currNode);
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.execute(() -> {
            try {
                Thread.sleep(expire * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            LOG.info("等待了{}秒, 主動結(jié)束.", expire);
            delPath(zooKeeper);
        });
    }

    /**
     *  刪除創(chuàng)建的路徑
     *  @param zooKeeper zk連接
     */
    private static void delPath(ZooKeeper zooKeeper) {
        try {
            //無論節(jié)點是否存在,直接執(zhí)行刪除操作
            zooKeeper.delete(THREAD_LOCAL.get(), -1);
        } catch (Exception e){
            LOG.error("lock expire, delete lock");
        }
    }

    /**
     *  斷開連接
     *  @param zooKeeper zk連接
     */
    private static void close(ZooKeeper zooKeeper) {
        if (zooKeeper != null) {
            try {
                zooKeeper.close();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     *  監(jiān)聽節(jié)點刪除事件
     */
    static class LockWatcher implements Watcher {
        private CountDownLatch latch;

        public LockWatcher(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void process(WatchedEvent event) {
            if(event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
                latch.countDown();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws  Exception {
        //createLockRootPath();
        int count = 30;
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(count);
        for( int i = 0; i < count; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    if(ZookeeperLockTest.tryLock("lock")){
                        System.out.println("我拿到了鎖");
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我要等待6秒乐横,測試其他超時是否有效.");
                        Thread.sleep(1000);
                        System.out.println("我的等待結(jié)束了求橄,其他人可以過來拿鎖了.");
                    }else{
                        System.out.println("沒有拿到鎖");
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally{
                    ZookeeperLockTest.unLock();
                }
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}
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