分析ZooKeeper分布式锁的实现

目录

• 一、分布式锁方案比较
• 二、ZooKeeper实现分布式锁
  • 2.1、方案一
  • 2.2、方案二

一、分布式锁方案比较

方案	实现思路	优点	缺点
利用 MySQL 的实现方案	利用数据库自身提供的锁机制实现，要求数据库支持行级锁	实现简单	性能差，无法适应高并发场景；容易出现死锁的情况；无法优雅的实现阻塞式锁
利用 Redis 的实现方案	使用 Setnx 和 lua 脚本机制实现，保证对缓存操作序列的原子性	性能好	实现相对复杂，有可能出现死锁；无法优雅的实现阻塞式锁
利用 ZooKeeper 的实现方案	基于 ZooKeeper 节点特性及 watch 机制实现	性能好，稳定可靠性高，能较好地实现阻塞式锁	实现相对复杂

二、ZooKeeper实现分布式锁

这里使用 ZooKeeper 来实现分布式锁，以50个并发请求来获取订单编号为例，描述两种方案，第一种为基础实现，第二种在第一种基础上进行了优化。

2.1、方案一

流程描述：

具体代码：

OrderNumGenerator：

/**
 * @Description 生成随机订单号
 */
public class OrderNumGenerator {

    private static long count = 0;

    /**
     * 使用日期加数值拼接成订单号
     */
    public String getOrderNumber() throws Exception {
        String date = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMddHHmmss").format(LocalDateTime.now());
        String number = new DecimalFormat("000000").format(count++);
        return date + number;
    }
}

Lock：

/**
 * @Description 自定义锁接口
 */
public interface Lock {

    /**
     * 获取锁
     */
    public void getLock();

    /**
     * 释放锁
     */
    public void unLock();
}

AbstractLock：

/**
 * @Description 定义一个模板，具体的方法由子类来实现
 */
public abstract class AbstractLock implements Lock {

    /**
     * 获取锁
     */
    @Override
    public void getLock() {

        if (tryLock()) {
            System.out.println("--------获取到了自定义Lock锁的资源--------");
        } else {
            // 没拿到锁则阻塞，等待拿锁
            waitLock();
            getLock();
        }

    }

    /**
     * 尝试获取锁，如果拿到了锁返回true，没有拿到则返回false
     */
    public abstract boolean tryLock();

    /**
     * 阻塞，等待获取锁
     */
    public abstract void waitLock();
}

ZooKeeperAbstractLock：

/**
 * @Description 定义需要的服务连接
 */
public abstract class ZooKeeperAbstractLock extends AbstractLock {

    private static final String SERVER_ADDR = "192.168.182.130:2181,192.168.182.131:2181,192.168.182.132:2181";

    protected ZkClient zkClient = new ZkClient(SERVER_ADDR);

    protected static final String PATH = "/lock";
}

ZooKeeperDistrbuteLock：

/**
 * @Description 真正实现锁的细节
 */
public class ZooKeeperDistrbuteLock extends ZooKeeperAbstractLock {
    private CountDownLatch countDownLatch = null;

    /**
     * 尝试拿锁
     */
    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            // 创建临时节点
            zkClient.createEphemeral(PATH);
            return true;
        } catch (Exception e) {
            // 创建失败报异常
            return false;
        }
    }

    /**
     * 阻塞，等待获取锁
     */
    @Override
    public void waitLock() {
        // 创建监听
        IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() {
            @Override
            public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception {

            }

            @Override
            public void handleDataDeleted(String s) throws Exception {
                // 释放锁，删除节点时唤醒等待的线程
                if (countDownLatch != null) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }
        };

        // 注册监听
        zkClient.subscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener);

        // 节点存在时，等待节点删除唤醒
        if (zkClient.exists(PATH)) {
            countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 删除监听
        zkClient.unsubscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener);
    }

    /**
     * 释放锁
     */
    @Override
    public void unLock() {
        if (zkClient != null) {
            System.out.println("释放锁资源");
            zkClient.delete(PATH);
            zkClient.close();
        }
    }
}

测试效果：使用50个线程来并发测试ZooKeeper实现的分布式锁

/**
 * @Description 使用50个线程来并发测试ZooKeeper实现的分布式锁
 */
public class OrderService {

    private static class OrderNumGeneratorService implements Runnable {

        private OrderNumGenerator orderNumGenerator = new OrderNumGenerator();;
        private Lock lock = new ZooKeeperDistrbuteLock();

        @Override
        public void run() {
            lock.getLock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", 生成订单编号："  + orderNumGenerator.getOrderNumber());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unLock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("----------生成唯一订单号----------");
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            new Thread(new OrderNumGeneratorService()).start();
        }
    }
}

2.2、方案二

方案二在方案一的基础上进行优化，避免产生“羊群效应”，方案一一旦临时节点删除，释放锁，那么其他在监听这个节点变化的线程，就会去竞争锁，同时访问 ZooKeeper，那么怎么更好的避免各线程的竞争现象呢，就是使用临时顺序节点，临时顺序节点排序，每个临时顺序节点只监听它本身的前一个节点变化。

流程描述：

具体代码

具体只需要将方案一中的 ZooKeeperDistrbuteLock 改变，增加一个 ZooKeeperDistrbuteLock2，测试代码中使用 ZooKeeperDistrbuteLock2 即可测试，其他代码都不需要改变。

/**
 * @Description 真正实现锁的细节
 */
public class ZooKeeperDistrbuteLock2 extends ZooKeeperAbstractLock {

    private CountDownLatch countDownLatch = null;
    /**
     * 当前请求节点的前一个节点
     */
    private String beforePath;
    /**
     * 当前请求的节点
     */
    private String currentPath;

    public ZooKeeperDistrbuteLock2() {
        if (!zkClient.exists(PATH)) {
            // 创建持久节点，保存临时顺序节点
            zkClient.createPersistent(PATH);
        }
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        // 如果currentPath为空则为第一次尝试拿锁，第一次拿锁赋值currentPath
        if (currentPath == null || currentPath.length() == 0) {
            // 在指定的持久节点下创建临时顺序节点
            currentPath = zkClient.createEphemeralSequential(PATH + "/", "lock");
        }
        // 获取所有临时节点并排序，例如：000044
        List<String> childrenList = zkClient.getChildren(PATH);
        Collections.sort(childrenList);

        if (currentPath.equals(PATH + "/" + childrenList.get(0))) {
            // 如果当前节点在所有节点中排名第一则获取锁成功
            return true;
        } else {
            int wz = Collections.binarySearch(childrenList, currentPath.substring(6));
            beforePath = PATH + "/" + childrenList.get(wz - 1);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void waitLock() {
        // 创建监听
        IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() {
            @Override
            public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception {

            }

            @Override
            public void handleDataDeleted(String s) throws Exception {
                // 释放锁，删除节点时唤醒等待的线程
                if (countDownLatch != null) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }
        };

        // 注册监听，这里是给排在当前节点前面的节点增加（删除数据的）监听，本质是启动另外一个线程去监听前置节点
        zkClient.subscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener);

        // 前置节点存在时，等待前置节点删除唤醒
        if (zkClient.exists(beforePath)) {
            countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 删除对前置节点的监听
        zkClient.unsubscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener);
    }

    /**
     * 释放锁
     */
    @Override
    public void unLock() {
        if (zkClient != null) {
            System.out.println("释放锁资源");
            zkClient.delete(currentPath);
            zkClient.close();
        }
    }
}

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