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1. Zookeeper 概述
Zookeeper(后续简称 ZK)是一个分布式的,开放源码的分布式应用程序协调服务,通常以集群模式运行,其协调能力能够了解为是基于观察者设计模式来实现的;ZK 服务会应用 Znode 存储使用者的数据,并将这些数据以树形目录的模式来组织治理,反对使用者以观察者的角色指定本人关注哪些节点 \ 数据的变更,当这些变更产生时,ZK 会告诉其观察者;为满足本篇指标所需,着重介绍以下几个要害个性:
- 数据组织:数据节点以树形目录 (相似文件系统) 组织治理,每一个节点中都会保留数据信息和节点信息。
- 集群模式:通常是由 3、5 个基数实例组成集群,当超过半数服务实例失常工作就能对外提供服务,既能防止单点故障,又尽量高可用,每个服务实例都有一个数据备份,以实现数据全局统一
- 程序更新:更新申请都会转由 leader 执行,来自同一客户端的更新将依照发送的程序被写入到 ZK,解决写申请创立 Znode 时,Znode 名称后会被调配一个全局惟一的递增编号,能够通过顺序号推断申请的程序,利用这个个性能够实现高级协调服务
- 监听机制:给某个节点注册监听器,该节点一旦产生变更(例如更新或者删除),监听者就会收到一个 Watch Event,能够感知到节点 \ 数据的变更
- 长期节点:session 链接断开长期节点就没了,不能创立子节点(很要害)
ZK 的分布式锁正是基于以上个性来实现的,简略来说是:
- 长期节点:用于撑持异常情况下的锁主动开释能力
- 程序节点:用于撑持偏心锁获取锁和排队期待的能力
- 监听机制:用于撑持抢锁能力
- 集群模式:用于撑持锁服务的高可用
2. 加解锁的流程形容
- 创立一个永恒节点作为锁节点(/lock2)
- 试图加锁的客户端在指定锁名称节点(/lock2)下,创立长期程序子节点
- 获取锁节点(/lock2)下所有子节点
- 对所获取的子节点按节点自增序号从小到大排序
- 判断本人是不是第一个子节点,若是,则获取锁
- 若不是,则监听比该节点小的那个节点的删除事件(这种只监听前一个节点的形式防止了惊群效应)
- 若是阻塞申请锁,则申请锁的操作可减少阻塞期待
- 若监听事件失效(阐明前节点开释了,能够尝试去获取锁),则回到第 3 步从新进行判断,直到获取到锁
- 解锁时,将第一个子节点删除开释
3. ZK 分布式锁的能力
可能读者是单篇浏览,这里引入上一篇《分布式锁上 - 初探》中的一些内容,一个分布式锁应具备这样一些性能特点:
- 互斥性:在同一时刻,只有一个客户端能持有锁
- 安全性:防止死锁,如果某个客户端取得锁之后解决工夫超过最大约定工夫,或者持锁期间产生了故障导致无奈被动开释锁,其持有的锁也可能被其余机制正确开释,并保障后续其它客户端也能加锁,整个解决流程持续失常执行
- 可用性:也被称作容错性,分布式锁须要有高可用能力,防止单点故障,当提供锁的服务节点故障(宕机)时不影响服务运行,这里有两种模式:一种是分布式锁服务本身具备集群模式,遇到故障能主动切换复原工作;另一种是客户端向多个独立的锁服务发动申请,当某个锁服务故障时依然能够从其余锁服务读取到锁信息(Redlock)
- 可重入性:对同一个锁,加锁和解锁必须是同一个线程,即不能把其余线程程持有的锁给开释了
- 高效灵便:加锁、解锁的速度要快;反对阻塞和非阻塞;反对偏心锁和非偏心锁
基于上文的内容,这里简略总结一下 ZK 的能力矩阵(其它分布式锁的状况会在后续文章中补充):
对于性能不太高的一种说法
因为每次在创立锁和开释锁的过程中,都要动态创建、销毁长期节点来实现锁性能。ZK 中创立和删除节点只能通过 Leader 服务器来执行,而后 Leader 服务器还须要将数据同步到所有的 Follower 机器上,这样频繁的网络通信,性能的短板是十分突出的。在高性能,高并发的场景下,不倡议应用 ZooKeeper 的分布式锁。
因为 ZooKeeper 的高可用个性,在并发量不是太高的场景,也举荐应用 ZK 的分布式锁。
4. InterProcessMutex 应用示例
Zookeeper 客户端框架 Curator 提供的 InterProcessMutex 是分布式锁的一种实现,acquire 办法阻塞 | 非阻塞获取锁,release 办法开释锁,另外还提供了可撤销、可重入性能。
4.1 接口介绍
// 获取互斥锁
public void acquire() throws Exception;// 在给定的工夫内获取互斥锁
public boolean acquire(long time, TimeUnit unit) throws Exception;
// 开释锁解决 public void release() throws Exception;// 如果以后线程获取了互斥锁,则返回
trueboolean isAcquiredInThisProcess();
4.2 pom 依赖
<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) {
// 创立分布式锁 1
InterProcessMutex lock1 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), "/locks");
// 创立分布式锁 2
InterProcessMutex lock2 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), "/locks");
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {lock1.acquire();
System.out.println("线程 1 获取到锁");
lock1.acquire();
System.out.println("线程 1 再次获取到锁");
Thread.sleep(5 * 1000);
lock1.release();
System.out.println("线程 1 开释锁");
lock1.release();
System.out.println("线程 1 再次开释锁");
} catch (Exception e) {e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {lock2.acquire();
System.out.println("线程 2 获取到锁");
lock2.acquire();
System.out.println("线程 2 再次获取到锁");
Thread.sleep(5 * 1000);
lock2.release();
System.out.println("线程 2 开释锁");
lock2.release();
System.out.println("线程 2 再次开释锁");
} 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();
// 启动客户端
client.start();
System.out.println("zookeeper 启动胜利");
return client;
}
}
5. DIY 一个阉割版的分布式锁
通过这个实例对照第 2 节内容来了解加解锁的流程,以及如何防止惊群效应。
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 分布式锁 v1 版本:
* 实现性能 :
* 1. 防止了惊群效应
* 缺失性能:
* 1. 超时管制
* 2. 读写锁
* 3. 重入管制
*/
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: 数据校验
this.connectString = connectString;
this.sessionTimeout = sessionTimeout;
this.LOCK_ROOT_PATH = lockName;
}
public void init() throws IOException, KeeperException, InterruptedException {
// 建联
zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, watchedEvent -> {
// connectLatch 连贯上 zk 后 开释
if (watchedEvent.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {connectLatch.countDown();
}
});
connectLatch.await();// 期待 zk 失常连贯后
// 判断锁名称节点是否存在
Stat stat = zk.exists(LOCK_ROOT_PATH, false);
if (stat == null) {
// 创立一下锁名称节点
try {zk.create(LOCK_ROOT_PATH, LOCK_ROOT_PATH.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
} catch (KeeperException e) {
// 并发创立抵触疏忽。if (!e.code().name().equals("NODEEXISTS")) {throw e;}
}
}
}
/**
* 待补充性能:
* 1. 超时设置
* 2. 读写辨别
* 3. 重入管制
*/
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 须要开释
if (watchedEvent.getType() == Watcher.Event.EventType.NodeDeleted && watchedEvent.getPath().equals(waitPath)) {waitLatch.countDown();
}
}
}, new Stat());
// 期待监听
waitLatch.await();} catch (KeeperException.NoNodeException e) {
// 如果期待的节点曾经被革除了, 不等了, 再尝试去抢锁
return;
}
}
private boolean tryLock() throws KeeperException, InterruptedException {currentNode = zk.create(LOCK_ROOT_PATH + "/" + NODE_PREFIX, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// 判断创立的节点是否是最小的序号节点,如果是获取到锁;如果不是,监听他序号前一个节点
List<String> children = zk.getChildren(LOCK_ROOT_PATH, false);
// 如果 children 只有一个值,那就间接获取锁;如果有多个节点,须要判断,谁最小
if (children.size() == 1) {return true;} else {String thisNode = currentNode.substring(LOCK_ROOT_PATH.length() + 1);
// 通过 w00000000 获取该节点在 children 汇合的地位
int index = children.indexOf(thisNode);
if (index == 0) {
// 本人就是第一个节点
return true;
}
// 须要监听 他前一个节点变动
waitPath = LOCK_ROOT_PATH + "/" + children.get(index - 1);
}
return false;
}
// 解锁
public void unZkLock() {
// 删除节点
try {zk.delete(this.currentNode, -1);
} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();
}
}
}
正文完