女朋友也能看懂的Zookeeper分散式鎖原理

深夜裡的程式猿發表於2019-04-10
分散式

前言

關於分散式鎖，在網際網路行業的使用場景還是比較多的，比如電商的庫存扣減，秒殺活動，叢集定時任務執行等需要程式互斥的場景。而實現分散式鎖的手段也很多，大家比較常見的就是redis跟zookeeper，今天我們主要介紹的是基於zookeeper實現的分散式鎖。

這篇文章主要借用Curator框架對zk分散式鎖的實現思路，大家理解了以後完全可以自己手動實現一遍，但是在工作中還是建議使用成熟的開源框架，很多坑別人已經幫我們踩好了，除非萬不得已，需要高度定製符合自己專案的需求的時候，才開始自行封裝吧。

正文

zookeeper簡單介紹

既然是基於zookeeper的分散式鎖，首先肯定要對這個zookeeper有一定了解，這裡就不過多的進行講解，只對其跟分散式鎖有關聯的特性做一個簡單的介紹，更多詳細的功能特性大家可以參閱官方文件。

zookeeper維護著類似檔案系統的資料結構，它總共有四種型別的節點

女朋友也能看懂的Zookeeper分散式鎖原理

  • PERSISTENT：持久化的節點。一旦建立後，即使客戶端與zk斷開了連線，該節點依然存在。
  • PERSISTENT_SEQUENTIAL：持久化順序編號節點。比PERSISTENT節點多了節點自動按照順序編號。
  • EPHEMERAL：臨時節點。當客戶端與zk斷開連線之後，該節點就被刪除。
  • EPHEMERAL_SEQUENTIAL：臨時順序編號節點。比EPHEMERAL節點多了節點自動按照順序編號。（分散式鎖實現使用該節點型別）
Curator實現分散式鎖原理

好，當我們簡單瞭解了zk的節點型別以後，現在正式的分析Curator分散式鎖的實現原理。這裡我們定義了一個“/curator_lock”鎖節點用來存放相關客戶端建立的臨時順序節點。

假設兩個客戶端ClientA跟ClientB同時去爭奪一個鎖，此時ClientA先行一步獲得了鎖，那麼它將會在我們的zk上建立一個“/curator_lock/xxxxx-0000000000”的臨時順序節點。

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接著它會拿到“/curator_lock/”鎖節點下的所有子節點，因為這些節點是有序的，這時候會判斷它所建立的節點是否排在第一位（也就是序號最小），由於ClientA是第一個建立節點的的客戶端，必然是排在第一位，所以它也就拿到了鎖。

[zk: localhost:2182(CONNECTED) 4] ls /curator_lock
[_c_f3f38067-8bff-47ef-9628-e638cfaad77e-lock-0000000000]
複製程式碼

這個時候ClientB也來了，按照同樣的步驟，先是在“/curator_lock/”下建立一個臨時順序節點“/curator_lock/xxxxx-0000000001”，接著也是獲得該節點下的所有子節點資訊，並比對自己生成的節點序號是否最小，由於此時序號最小的節點是ClientA建立的，並且還沒釋放掉，所以ClientB自己就拿不到鎖。

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[zk: localhost:2182(CONNECTED) 4] ls /curator_lock
[_c_2a8198e4-2039-4a3c-8606-39c65790d637-lock-0000000001,
_c_f3f38067-8bff-47ef-9628-e638cfaad77e-lock-0000000000]

複製程式碼

既然ClientB拿不到鎖，也不會放棄，它會對自己的前一個節點加上監聽器（zk提供的api實現），只要監聽到前一個節點被刪除了，也就是釋放了鎖，就會馬上重新執行獲取鎖的操作。

當後面的ClientC，ClientD...過來的時候也是如此，變化的只是節點上的編號，它會根據Client連線的數量而不斷增加。

可能大家還會擔心，萬一我的獲取到鎖的客戶端當機了怎麼辦，會不會不釋放鎖？其實上面已經解答了這個問題，由於Curator使用的是臨時順序節點來實現的分散式鎖，只要客戶端與zk連線斷開，該節點也就消失了，相當於釋放了鎖。

下面程式碼展示了Curator的基本使用方法，僅作為參考例項，請勿在生產環境使用的這麼隨意。

CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("127.0.0.1:2182",
                5000,10000,
                new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
        client.start();
        InterProcessMutex interProcessMutex = new InterProcessMutex(client, "/curator_lock");
        //加鎖
        interProcessMutex.acquire();
        
        //業務邏輯
        
        //釋放鎖
        interProcessMutex.release();
        client.close();
    
複製程式碼

總結

我們在搞懂了原理之後，就可以拋棄Curator,自己動手實現一個分散式鎖了，相信大家實現基本的功能都是沒問題的，但是要做到生產級別，可能還是要在細節上下功夫，比如說一些異常處理，效能優化等因素。

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