zookeeper實戰(zhàn)之實現(xiàn)分布式鎖的方法
更新時間：2022年11月10日 08:38:19 作者：木木他爹
Zookeeper實現(xiàn)分布式鎖比Redis簡單，Zookeeper有一個特性，多個線程在Zookeeper里創(chuàng)建同一個節(jié)點(diǎn)時，只有一個線程執(zhí)行成功，Zookeeper主要是利用臨時有序節(jié)點(diǎn)這一特性實現(xiàn)分布式鎖，感興趣的朋友跟隨小編一起學(xué)習(xí)吧
一、分布式鎖的通用實現(xiàn)思路
分布式鎖的概念以及常規(guī)解決方案可以參考之前的博客：聊聊分布式鎖的解決方案；今天我們先分析下分布式鎖的實現(xiàn)思路；
- 首先，需要保證唯一性，即某一時點(diǎn)只能有一個線程訪問某一資源；比方說待辦短信通知功能，每天早上九點(diǎn)短信提醒所有工單的處理人處理工單，假設(shè)服務(wù)部署了20個容器，那么早上九點(diǎn)的時候會有20個線程啟動準(zhǔn)備發(fā)送短信，此時我們只能讓一個線程執(zhí)行短信發(fā)送，否則用戶會收到20條相同的短信；
- 其次，需要考慮下何時應(yīng)該釋放鎖？這又分三種情況，一是拿到鎖的線程正常結(jié)束，另一種是獲取鎖的線程異常退出，還有種是獲取鎖的線程一直阻塞；第一種情況直接釋放即可，第二種情況可以通過定義下鎖的過期時間然后通過定時任務(wù)去釋放鎖；zk的話直接通過臨時節(jié)點(diǎn)即可；最后一種阻塞的情況也可以通過定時任務(wù)來釋放，但是需要根據(jù)業(yè)務(wù)來綜合判斷，如果業(yè)務(wù)本身就是長時間耗時的操作那么鎖的過期時間就得設(shè)置的久一點(diǎn)
- 最后，當(dāng)拿到鎖的線程釋放鎖的時候，如何通知其他線程可以搶鎖了呢
這里簡單介紹兩種解決方案，一種是所有需要鎖的線程主動輪詢，固定時間去訪問下看鎖是否釋放，但是這種方案無端增加服務(wù)器壓力并且時效性無法保證；另一種就是zk的watch，監(jiān)聽鎖所在的目錄，一有變化立馬得到通知
二、ZK實現(xiàn)分布式鎖的思路
zk通過每個線程在同一父目錄下創(chuàng)建臨時有序節(jié)點(diǎn)，然后通過比較節(jié)點(diǎn)的id大小來實現(xiàn)分布式鎖功能；再通過zk的watch機(jī)制實時獲取節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如果被刪除立即重新爭搶鎖；具體流程見線圖：
提示：需要關(guān)注下圖里判斷自身不是最小節(jié)點(diǎn)時的監(jiān)聽情況，為什么不監(jiān)聽父節(jié)點(diǎn)？原因圖里已有描述，這里就不再贅述
三、ZK實現(xiàn)分布式鎖的編碼實現(xiàn)
1、核心工具類實現(xiàn)
通過不斷的調(diào)試，我封裝了一個ZkLockHelper類，里面封裝了上鎖和釋放鎖的方法，為了方便我將zk的一些監(jiān)聽和回調(diào)機(jī)智也融合到一起了，并沒有抽出來，下面貼上該類的全部代碼
package com.darling.service.zookeeper.lock;
import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.junit.platform.commons.util.StringUtils;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
/**
* @description:
* @author: dll
* @date: Created in 2022/11/4 8:41
* @version:
* @modified By:
*/
@Data
@Slf4j
public class ZkLockHelper implements AsyncCallback.StringCallback, AsyncCallback.StatCallback,Watcher, AsyncCallback.ChildrenCallback {
private final String lockPath = "/lockItem";
ZooKeeper zkClient;
String threadName;
CountDownLatch cd = new CountDownLatch(1);
private String pathName;
/**
* 上鎖
*/
public void tryLock() {
try {
log.info("線程:{}正在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)",threadName);
zkClient.create(lockPath,(threadName).getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL,this,"AAA");
log.info("線程:{}正在阻塞......",threadName);
// 由于上面是異步創(chuàng)建所以這里需要阻塞住當(dāng)前線程
cd.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 釋放鎖
*/
public void unLock() {
try {
zkClient.delete(pathName,-1);
System.out.println(threadName + " 工作結(jié)束....");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* create方法的回調(diào)，創(chuàng)建成功后在此處獲取/DCSLock的子目錄，比較節(jié)點(diǎn)ID是否最小，是則拿到鎖。。。
* @param rc 狀態(tài)碼
* @param path create方法的path入?yún)?
* @param ctx create方法的上下文入?yún)?
* @param name 創(chuàng)建成功的臨時有序節(jié)點(diǎn)的名稱，即在path的后面加上了zk維護(hù)的自增ID；
* 注意如果創(chuàng)建的不是有序節(jié)點(diǎn)，那么此處的name和path的內(nèi)容一致
*/
@Override
public void processResult(int rc, String path, Object ctx, String name) {
log.info(">>>>>>>>>>>>>>>>>processResult,rx:{},path:{},ctx:{},name:{}",rc,path,ctx.toString(),name);
if (StringUtils.isNotBlank(name)) {
try {
pathName = name ;
// 此處path需注意要寫/
zkClient.getChildren("/", false,this,"123");
// List<String> children = zkClient.getChildren("/", false);
// log.info(">>>>>threadName:{},children:{}",threadName,children);
// // 給children排序
// Collections.sort(children);
// int i = children.indexOf(pathName.substring(1));
// // 判斷自身是否第一個
// if (Objects.equals(i,0)) {
// // 是第一個則表示搶到了鎖
// log.info("線程{}搶到了鎖",threadName);
// cd.countDown();
// }else {
// // 表示沒搶到鎖
// log.info("線程{}搶鎖失敗，重新注冊監(jiān)聽器",threadName);
// zkClient.exists("/"+children.get(i-1),this,this,"AAA");
// }
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* exists方法的回調(diào)，此處暫不做處理
* @param rc
* @param path
* @param ctx
* @param stat
*/
@Override
public void processResult(int rc, String path, Object ctx, Stat stat) {
}
/**
* exists的watch監(jiān)聽
* @param event
*/
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
//如果第一個線程鎖釋放了，等價于第一個線程刪除了節(jié)點(diǎn)，此時只有第二個線程會監(jiān)控的到
switch (event.getType()) {
case None:
break;
case NodeCreated:
break;
case NodeDeleted:
zkClient.getChildren("/", false,this,"123");
// // 此處path需注意要寫"/"
// List<String> children = null;
// try {
// children = zkClient.getChildren("/", false);
// } catch (KeeperException e) {
// e.printStackTrace();
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// log.info(">>>>>threadName:{},children:{}",threadName,children);
// // 給children排序
// Collections.sort(children);
// int i = children.indexOf(pathName.substring(1));
// // 判斷自身是否第一個
// if (Objects.equals(i,0)) {
// // 是第一個則表示搶到了鎖
// log.info("線程{}搶到了鎖",threadName);
// cd.countDown();
// }else {
// /**
// * 表示沒搶到鎖；需要判斷前置節(jié)點(diǎn)存不存在，其實這里并不是特別關(guān)心前置節(jié)點(diǎn)存不存在，所以其回調(diào)可以不處理；
// * 但是這里關(guān)注的前置節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽，當(dāng)前置節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到被刪除時就是其他線程搶鎖之時
// */
// zkClient.exists("/"+children.get(i-1),this,this,"AAA");
// }
break;
case NodeDataChanged:
break;
case NodeChildrenChanged:
break;
}
}
/**
* getChildren方法的回調(diào)
* @param rc
* @param path
* @param ctx
* @param children
*/
@Override
public void processResult(int rc, String path, Object ctx, List<String> children) {
try {
log.info(">>>>>threadName:{},children:{}", threadName, children);
if (Objects.isNull(children)) {
return;
}
// 給children排序
Collections.sort(children);
int i = children.indexOf(pathName.substring(1));
// 判斷自身是否第一個
if (Objects.equals(i, 0)) {
// 是第一個則表示搶到了鎖
log.info("線程{}搶到了鎖", threadName);
cd.countDown();
} else {
// 表示沒搶到鎖
log.info("線程{}搶鎖失敗，重新注冊監(jiān)聽器", threadName);
/**
* 表示沒搶到鎖；需要判斷前置節(jié)點(diǎn)存不存在，其實這里并不是特別關(guān)心前置節(jié)點(diǎn)存不存在，所以其回調(diào)可以不處理；
* 但是這里關(guān)注的前置節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽，當(dāng)前置節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到被刪除時就是其他線程搶鎖之時
*/
zkClient.exists("/" + children.get(i - 1), this, this, "AAA");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
提示：代碼中注釋的代碼塊可以關(guān)注下，原本是直接阻塞式編程，將獲取所有子節(jié)點(diǎn)并釋放鎖的操作直接寫在getChildren方法的回調(diào)里，后來發(fā)現(xiàn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)被刪除時我們還要重新?lián)屾i，那么代碼就冗余了，于是結(jié)合響應(yīng)式編程的思想，將這段核心代碼放到
getChildren方法的回調(diào)里，這樣代碼簡潔了并且可以讓業(yè)務(wù)更只關(guān)注于getChildren這件事了
2、測試代碼編寫
線程安全問題復(fù)現(xiàn)
package com.darling.service.zookeeper.lock;
import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
/**
* @description: 開啟是個線程給i做遞減操作，未加鎖的情況下會有線程安全問題
* @author: dll
* @date: Created in 2022/11/8 8:32
* @version:
* @modified By:
*/
@Slf4j
public class ZkLockTest02 {
private int i = 10;
@Test
public void test() throws InterruptedException {
for (int n = 0; n < 10; n++) {
new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
Thread.sleep(100);
incre();
}
}).start();
}
Thread.sleep(5000);
log.info("i = {}",i);
}
/**
* i遞減 線程不安全
*/
public void incre(){
// i.incrementAndGet();
log.info("當(dāng)前線程：{},i = {}",Thread.currentThread().getName(),i--);
}
}
上面代碼運(yùn)行結(jié)果如下：
使用上面封裝的ZkLockHelper實現(xiàn)的分布式鎖
package com.darling.service.zookeeper.lock;
import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
/**
* @description: 使用zk實現(xiàn)的分布式鎖解決線程安全問題
* @author: dll
* @date: Created in 2022/11/8 8:32
* @version:
* @modified By:
*/
@Slf4j
public class ZkLockTest03 {
ZooKeeper zkClient;
@Before
public void conn (){
zkClient = ZkUtil.getZkClient();
}
@After
public void close (){
try {
zkClient.close();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private int i = 10;
@Test
public void test() throws InterruptedException {
for (int n = 0; n < 10; n++) {
new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
Thread.sleep(100);
ZkLockHelper zkHelper = new ZkLockHelper();
// 這里給zkHelper設(shè)置threadName是為了后續(xù)調(diào)試的時候日志打印，便于觀察存在的問題
String threadName = Thread.currentThread().getName();
zkHelper.setThreadName(threadName);
zkHelper.setZkClient(zkClient);
// tryLock上鎖
zkHelper.tryLock();
incre();
log.info("線程{}正在執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼...",threadName);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 釋放鎖
zkHelper.unLock();
}
}).start();
}
while (true) {
}
}
/**
* i遞減 線程不安全
*/
public void incre(){
// i.incrementAndGet();
log.info("☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆當(dāng)前線程：{},i = {}",Thread.currentThread().getName(),i--);
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下：
由于日志中摻雜著zk的日志所有此處并未截全，但是也能看到i是在按規(guī)律遞減的，不會出現(xiàn)通過線程拿到相同值的情況
四、zk實現(xiàn)分布式鎖的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
- 集群部署不存在單點(diǎn)故障問題
- 統(tǒng)一視圖
zk集群每個節(jié)點(diǎn)對外提供的數(shù)據(jù)是一致的，數(shù)據(jù)一致性有所報障 - 臨時有序節(jié)點(diǎn)
zk提供臨時有序節(jié)點(diǎn)，這樣當(dāng)客戶端失去連接時會自動釋放鎖，不用像其他方案一樣當(dāng)拿到鎖的實例服務(wù)不可用時，需要定時任務(wù)去刪除鎖；臨時節(jié)點(diǎn)的特性就是當(dāng)客戶端失去連接會自動刪除 - watch能力加持
當(dāng)獲取不到鎖時，無需客戶端定期輪詢爭搶，只需watch前一節(jié)點(diǎn)即可，當(dāng)有變化時會及時通知，比普通方案即及時又高效；注意這里最好只watch前一節(jié)點(diǎn)，如果watch整個父目錄的話，當(dāng)客戶端并發(fā)較大時會不斷有請求進(jìn)出zk，給zk性能帶來壓力
缺點(diǎn)
- 與單機(jī)版redis比較的話性能肯定較差，但是當(dāng)客戶端集群足夠龐大且業(yè)務(wù)量足夠多時肯定還是集群更加穩(wěn)定
好了，zk實現(xiàn)分布式鎖的編碼實現(xiàn)就到這了，后續(xù)有時間再寫偏redis的，其實思路縷清了，編碼實現(xiàn)還是很簡單的
到此這篇關(guān)于zookeeper實戰(zhàn)之實現(xiàn)分布式鎖的方法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)zookeeper分布式鎖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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