前几天分析了一下三种分布式锁的实现，但是没有利用zookeeper实现一个分布式锁，因为感觉基于Zookeeper实现分布式锁还是稍微复杂的，同时也需要使用Watcher机制，所以就单独搞一篇Zookeeper实现的分布式锁。
首先，第一种实现。我们可以利用Zookeeper不能重复创建一个节点的特性来实现一个分布式锁，这看起来和redis实现分布式锁很像。但是也是有差异的，后面会详细分析。
主要流程图如下：
Paste_Image.png
上面的流程很简单：
- 查看目标Node是否已经创建，已经创建，那么等待锁。
- 如果未创建，创建一个瞬时Node，表示已经占有锁。
- 如果创建失败，那么证明锁已经被其他线程占有了，那么同样等待锁。
- 当释放锁，或者当前Session超时的时候，节点被删除，唤醒之前等待锁的线程去争抢锁。
上面是一个完整的流程，简单的代码实现如下：
package com.codertom.params.engine;
import com.google.common.base.Strings;
import org.apache.zookeeper.*;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
/**
* Zookeepr实现分布式锁
*/
public class LockTest {
private String zkQurom = "localhost:2181";
private String lockNameSpace = "/mylock";
private String nodeString = lockNameSpace + "/test1";
private Lock mainLock;
private ZooKeeper zk;
public LockTest(){
try {
zk = new ZooKeeper(zkQurom, 6000, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
System.out.println("Receive event "+watchedEvent);
if(Event.KeeperState.SyncConnected == watchedEvent.getState())
System.out.println("connection is established...");
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void ensureRootPath() throws InterruptedException {
try {
if (zk.exists(lockNameSpace,true)==null){
zk.create(lockNameSpace,"".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);
}
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void watchNode(String nodeString, final Thread thread) throws InterruptedException {
try {
zk.exists(nodeString, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
System.out.println( "==" + watchedEvent.toString());
if(watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
System.out.println("Threre is a Thread released Lock==============");
thread.interrupt();
}
try {
zk.exists(nodeString,new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
System.out.println( "==" + watchedEvent.toString());
if(watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
System.out.println("Threre is a Thread released Lock==============");
thread.interrupt();
}
try {
zk.exists(nodeString,true);
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 获取锁
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public boolean lock() throws InterruptedException {
String path = null;
ensureRootPath();
watchNode(nodeString,Thread.currentThread());
while (true) {
try {
path = zk.create(nodeString, "".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
} catch (KeeperException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " getting Lock but can not get");
try {
Thread.sleep(5000);
}catch (InterruptedException ex){
System.out.println("thread is notify");
}
}
if (!Strings.nullToEmpty(path).trim().isEmpty()) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Lock...");
return true;
}
}
}
/**
* 释放锁
*/
public void unlock(){
try {
zk.delete(nodeString,-1);
System.out.println("Thread.currentThread().getName() + release Lock...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0;i<4;i++){
service.execute(()-> {
LockTest test = new LockTest();
try {
test.lock();
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
test.unlock();
});
}
service.shutdown();
}
}
代码比较糙，但是大致的实现思路和上述一致，这里需要注意：
- 因为使用的是原生的Zookeeper API实现，Watch需要重复的设置，所以代码复杂的些。
- 唤醒直接用的Thread.interupt这样其实控制流程其实是不好的。
其实上面的实现有优点也有缺点：
优点：
实现比较简单，有通知机制，能提供较快的响应，有点类似reentrantlock的思想，对于节点删除失败的场景由Session超时保证节点能够删除掉。
缺点：
重量级，同时在大量锁的情况下会有“惊群”的问题。
“惊群”就是在一个节点删除的时候，大量对这个节点的删除动作有订阅Watcher的线程会进行回调，这对Zk集群是十分不利的。所以需要避免这种现象的发生。
解决“惊群”：
为了解决“惊群“问题，我们需要放弃订阅一个节点的策略，那么怎么做呢？
- 我们将锁抽象成目录，多个线程在此目录下创建瞬时的顺序节点，因为Zk会为我们保证节点的顺序性，所以可以利用节点的顺序进行锁的判断。
- 首先创建顺序节点，然后获取当前目录下最小的节点，判断最小节点是不是当前节点，如果是那么获取锁成功，如果不是那么获取锁失败。
- 获取锁失败的节点获取当前节点上一个顺序节点，对此节点注册监听，当节点删除的时候通知当前节点。
- 当unlock的时候删除节点之后会通知下一个节点。
上面的实现和reentrantlock的公平锁实现还是比较类似的，下面是简单的实现：
package com.codertom.params.engine;
import com.google.common.base.Strings;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import java.io.IOException;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* Created by zhiming on 2017-02-05.
*/
public class FairLockTest {
private String zkQurom = "localhost:2181";
private String lockName = "/mylock";
private String lockZnode = null;
private ZooKeeper zk;
public FairLockTest(){
try {
zk = new ZooKeeper(zkQurom, 6000, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
System.out.println("Receive event "+watchedEvent);
if(Event.KeeperState.SyncConnected == watchedEvent.getState())
System.out.println("connection is established...");
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void ensureRootPath(){
try {
if (zk.exists(lockName,true)==null){
zk.create(lockName,"".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 获取锁
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public void lock(){
String path = null;
ensureRootPath();
try {
path = zk.create(lockName+"/mylock_", "".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
lockZnode = path;
List<String> minPath = zk.getChildren(lockName,false);
System.out.println(minPath);
Collections.sort(minPath);
System.out.println(minPath.get(0)+" and path "+path);
if (!Strings.nullToEmpty(path).trim().isEmpty()&&!Strings.nullToEmpty(minPath.get(0)).trim().isEmpty()&&path.equals(lockName+"/"+minPath.get(0))) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Lock...");
return;
}
String watchNode = null;
for (int i=minPath.size()-1;i>=0;i--){
if(minPath.get(i).compareTo(path.substring(path.lastIndexOf("/") + 1))<0){
watchNode = minPath.get(i);
break;
}
}
if (watchNode!=null){
final String watchNodeTmp = watchNode;
final Thread thread = Thread.currentThread();
Stat stat = zk.exists(lockName + "/" + watchNodeTmp,new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
if(watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
thread.interrupt();
}
try {
zk.exists(lockName + "/" + watchNodeTmp,true);
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
if(stat != null){
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " waiting for " + lockName + "/" + watchNode);
}
}
try {
Thread.sleep(1000000000);
}catch (InterruptedException ex){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " notify");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Lock...");
return;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 释放锁
*/
public void unlock(){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "release Lock...");
zk.delete(lockZnode,-1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (KeeperException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0;i<4;i++){
service.execute(()-> {
FairLockTest test = new FairLockTest();
try {
test.lock();
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
test.unlock();
});
}
service.shutdown();
}
}
同样上面的程序也有几点需要注意：
- Zookeeper的API没有提供直接的获取上一个节点或者最小节点的API需要我们自己实现。
- 使用了interrupt做线程的唤醒，这样不科学，因为不想将JVM的lock引进来所以没有用countdownlatch来做流程控制。
- Watch也是要重新设置的，这里使用了Watch的复用，所以代码简单些。
其实上面的实现还是很复杂的，因为你需要反复的去关注Watcher，实现一个Demo可以，做一个生产环境可用的Lock并不容易。因为你的代码bug在生产环境上会引起很严重的bug。
其实对于Zookeeper的一些常用功能是有一些成熟的包实现的，像Curator。Curator的确是足够牛逼，不仅封装了Zookeeper的常用API，也包装了很多常用Case的实现。但是它的编程风格其实还是吧比较难以接受的。
可以用Curator轻易的实现一个分布式锁：
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, lockPath);
if ( lock.acquire(maxWait, waitUnit) )
{
try
{
// do some work inside of the critical section here
}
finally
{
lock.release();
}
}
是的就这么简单，一个直接拿过来可用的轮子。
基于Zookeeper的分布式锁就说完了。基于Zookeeper实现分布式锁，其实是不常用的。虽然它实现锁十分优雅，但编程复杂，同时还要单独维护一套Zookeeper集群，频繁的Watch对Zookeeper集群的压力还是蛮大的，如果不是原有的项目以来Zookeeper，同时锁的量级比较小的话，还是不用为妙。
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