zookeeper分布式锁

转自:https://blog.csdn.net/sunfeizhi/article/details/51926396

zookeeper分布式锁

左边的整个区域表示一个Zookeeper集群,locker是Zookeeper的一个持久节点,node_1、node_2、node_3是locker这个持久节点下面的临时顺序节点。client_1、client_2、client_n表示多个客户端,Service表示需要互斥访问的共享资源。

分布式锁获取思路

  获取分布式锁的总体思路

 在获取分布式锁的时候在locker节点下创建临时顺序节点,释放锁的时候删除该临时节点。

客户端调用createNode方法在locker下创建临时顺序节点,然后调用getChildren(“locker”)来获取locker下面的所有子节点,注意此时不用设置任何Watcher。

客户端获取到所有的子节点path之后,如果发现自己在之前创建的子节点序号最小,那么就认为该客户端获取到了锁。如果发现自己创建的节点并非locker所有子节点中最小的,说明自己还没有获取到锁,此时客户端需要找到比自己小的那个节点,然后对其调用exist()方法,同时对其注册事件监听器。之后,让这个被关注的节点删除,则客户端的Watcher会

收到相应通知,此时再次判断自己创建的节点是否是locker子节点中序号最小的,如果是则获取到了锁,如果不是则重复以上步骤继续获取到比自己小的一个

节点并注册监听。当前这个过程中还需要许多的逻辑判断。
获取分布式锁的核心算法流程

zookeeper分布式锁

客户端A要获取分布式锁的时候首先到locker下创建一个临时顺序节点(node_n),然后立即获取locker下的所有(一级)子节点。

此时因为会有多个客户端同一时间争取锁,因此locker下的子节点数量就会大于1。对于顺序节点,特点是节点名称后面自动有一个数字编号,

先创建的节点数字编号小于后创建的,因此可以将子节点按照节点名称后缀的数字顺序从小到大排序,这样排在第一位的就是最先创建的顺序节点,

此时它就代表了最先争取到锁的客户端!此时判断最小的这个节点是否为客户端A之前创建出来的node_n,如果是则表示客户端A获取到了锁,

如果不是则表示锁已经被其它客户端获取,因此客户端A要等待它释放锁,也就是等待获取到锁的那个客户端B把自己创建的那个节点删除。

此时就通过监听比node_n次小的那个顺序节点的删除事件来知道客户端B是否已经释放了锁,如果是,此时客户端A再次获取locker下的所有子节点,

再次与自己创建的node_n节点对比,直到自己创建的node_n是locker的所有子节点中顺序号最小的,此时表示客户端A获取到了锁!

基于Zookeeper的分布式锁的代码实现

定义分布式锁接口

public  interface DistributedLock {

  

           /**获取锁,如果没有得到就等待*/

           public  void acquire()  throws Exception;

           /**

            * 获取锁,直到超时

            * @param time超时时间

            * @param unit time参数的单位

            * @return是否获取到锁

            * @throws Exception

            */

            public  boolean acquire (long time, TimeUnit unit)  throws Exception;

  
            /**

             * 释放锁

             * @throws Exception

             */

            public  void release()  throws Exception;

}

定义一个简单的互斥锁

定义一个互斥锁类,实现以上定义的锁接口,同时继承一个基类BaseDistributedLock,该基类主要用于与Zookeeper交互,包含一个尝试获取锁的方法和一个释放锁。

/**锁接口的具体实现,主要借助于继承的父类BaseDistributedLock来实现的接口方法

 * 该父类是基于Zookeeper实现分布式锁的具体细节实现*/

public  class SimpleDistributedLockMutex  extends BaseDistributedLock  implements  DistributedLock {

     /*用于保存Zookeeper中实现分布式锁的节点,如名称为locker:/locker,

    *该节点应该是持久节点,在该节点下面创建临时顺序节点来实现分布式锁 */

   private  final String  basePath;
 

   /*锁名称前缀,locker下创建的顺序节点例如都以lock-开头,这样便于过滤无关节点

    *这样创建后的节点类似:lock-00000001,lock-000000002*/

   private  staticfinal String  LOCK_NAME ="lock-";
  

   /*用于保存某个客户端在locker下面创建成功的顺序节点,用于后续相关操作使用(如判断)*/

   private String  ourLockPath;   

   /**

    * 用于获取锁资源,通过父类的获取锁方法来获取锁

    * @param time获取锁的超时时间

    * @param unit time的时间单位

    * @return是否获取到锁

    * @throws Exception

    */

    private  boolean internalLock (long time, TimeUnit unit)  throws  Exception {

       //如果ourLockPath不为空则认为获取到了锁,具体实现细节见attemptLock的实现

       ourLockPath = attemptLock(time, unit);

        return  ourLockPath !=null;

    }

    /**

     * 传入Zookeeper客户端连接对象,和basePath

     * @param client Zookeeper客户端连接对象

     * @param basePath basePath是一个持久节点

     */

    public SimpleDistributedLockMutex(ZkClientExt client, String basePath){

       /*调用父类的构造方法在Zookeeper中创建basePath节点,并且为basePath节点子节点设置前缀

       *同时保存basePath的引用给当前类属性*/

       super(client,basePath,LOCK_NAME);

       this.basePath = basePath;

    }

    /**获取锁,直到超时,超时后抛出异常*/

   public  void acquire() throws Exception {

      //-1表示不设置超时时间,超时由Zookeeper决定

        if (!internalLock(-1,null)){

            throw new IOException("连接丢失!在路径:'"+basePath+"'下不能获取锁!");

        }

   }  

   /**

    * 获取锁,带有超时时间

    */

   public boolean acquire(long time, TimeUnit unit) throws Exception {

      return internalLock(time, unit);

   }

   /**释放锁*/

   public void release()throws Exception {

      releaseLock(ourLockPath);

   }

}

分布式锁的实现细节

获取分布式锁的重点逻辑在于BaseDistributedLock,实现了基于Zookeeper实现分布式锁的细节。

public class BaseDistributedLock {
    
    private final ZkClientExt client;
    private final String  path;
    private final String  basePath;
    private final String  lockName;
    private static final Integer  MAX_RETRY_COUNT = 10;
        
    public BaseDistributedLock(ZkClientExt client, String path, String lockName){
        this.client = client;
        this.basePath = path;
        this.path = path.concat("/").concat(lockName);        
        this.lockName = lockName;
    }
    
    private void deleteOurPath(String ourPath) throws Exception{
        client.delete(ourPath);
    }
    
    private String createLockNode(ZkClient client,  String path) throws Exception{
        return client.createEphemeralSequential(path, null);
    }
    
    /**
     * 获取锁的核心方法
     * @param startMillis
     * @param millisToWait
     * @param ourPath
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private boolean waitToLock(long startMillis, Long millisToWait, String ourPath) throws Exception{
        
        boolean  haveTheLock = false;
        boolean  doDelete = false;
        
        try{
            while ( !haveTheLock ) {
                //该方法实现获取locker节点下的所有顺序节点,并且从小到大排序 
                List<String> children = getSortedChildren();
                String sequenceNodeName = ourPath.substring(basePath.length()+1);
                
                //计算刚才客户端创建的顺序节点在locker的所有子节点中排序位置,如果是排序为0,则表示获取到了锁
                int ourIndex = children.indexOf(sequenceNodeName);
                
                /*如果在getSortedChildren中没有找到之前创建的[临时]顺序节点,这表示可能由于网络闪断而导致
                 *Zookeeper认为连接断开而删除了我们创建的节点,此时需要抛出异常,让上一级去处理
                 *上一级的做法是捕获该异常,并且执行重试指定的次数 见后面的 attemptLock方法  */
                if ( ourIndex<0 ){
                    throw new ZkNoNodeException("节点没有找到: " + sequenceNodeName);
                }

                //如果当前客户端创建的节点在locker子节点列表中位置大于0,表示其它客户端已经获取了锁
                //此时当前客户端需要等待其它客户端释放锁,
                boolean isGetTheLock = ourIndex == 0;
                
                //如何判断其它客户端是否已经释放了锁?从子节点列表中获取到比自己次小的哪个节点,并对其建立监听
                String  pathToWatch = isGetTheLock ? null : children.get(ourIndex - 1);

                if ( isGetTheLock ){
                    haveTheLock = true;
                }else{
                    //如果次小的节点被删除了,则表示当前客户端的节点应该是最小的了,所以使用CountDownLatch来实现等待
                    String  previousSequencePath = basePath .concat( "/" ) .concat( pathToWatch );
                    final CountDownLatch    latch = new CountDownLatch(1);
                    final IZkDataListener previousListener = new IZkDataListener() {
                        
                        //次小节点删除事件发生时,让countDownLatch结束等待
                        //此时还需要重新让程序回到while,重新判断一次!
                        public void handleDataDeleted(String dataPath) throws Exception {
                            latch.countDown();            
                        }
                        
                        public void handleDataChange(String dataPath, Object data) throws Exception {
                            // ignore                                    
                        }
                    };

                    try{                  
                        //如果节点不存在会出现异常
                        client.subscribeDataChanges(previousSequencePath, previousListener);
                        
                        if ( millisToWait != null ){
                            millisToWait -= (System.currentTimeMillis() - startMillis);
                            startMillis = System.currentTimeMillis();
                            if ( millisToWait <= 0 ){
                                doDelete = true;    // timed out - delete our node
                                break;
                            }

                            latch.await(millisToWait, TimeUnit.MICROSECONDS);
                        }else{
                            latch.await();
                        }
                        
                    }catch ( ZkNoNodeException e ){
                        //ignore
                    }finally{
                        client.unsubscribeDataChanges(previousSequencePath, previousListener);
                    }
                }
            }
        }catch ( Exception e ){
            //发生异常需要删除节点
            doDelete = true;
            throw e;
            
        }finally{
            //如果需要删除节点
            if ( doDelete ){
                deleteOurPath(ourPath);
            }
        }
        return haveTheLock;
    }    
    
    private String getLockNodeNumber(String str, String lockName) {
        int index = str.lastIndexOf(lockName);
        if ( index >= 0 ){
            index += lockName.length();
            return index <= str.length() ? str.substring(index) : "";
        }
        return str;
    }
    
    
    private List<String> getSortedChildren() throws Exception {
        try{
            List<String> children = client.getChildren(basePath);
            Collections.sort(
                children,
                new Comparator<String>(){
                    public int compare(String lhs, String rhs){
                        return getLockNodeNumber(lhs, lockName).compareTo(getLockNodeNumber(rhs, lockName));
                    }
                }
            );
            return children;
            
        }catch(ZkNoNodeException e){
            client.createPersistent(basePath, true);
            return getSortedChildren();
        }
    }
        
    protected void releaseLock(String lockPath) throws Exception{
        deleteOurPath(lockPath);    
    }
    
    
    protected String attemptLock(long time, TimeUnit unit) throws Exception{
        final long      startMillis = System.currentTimeMillis();
        final Long      millisToWait = (unit != null) ? unit.toMillis(time) : null;

        String          ourPath = null;
        boolean         hasTheLock = false;
        boolean         isDone = false;
        int             retryCount = 0;
        
        //网络闪断需要重试一试
        while ( !isDone ){
            isDone = true;

            try{
                //createLockNode用于在locker(basePath持久节点)下创建客户端要获取锁的[临时]顺序节点
                ourPath = createLockNode(client, path);
                /**
                 * 该方法用于判断自己是否获取到了锁,即自己创建的顺序节点在locker的所有子节点中是否最小
                 * 如果没有获取到锁,则等待其它客户端锁的释放,并且稍后重试直到获取到锁或者超时
                 */
                hasTheLock = waitToLock(startMillis, millisToWait, ourPath);
                
            }catch ( ZkNoNodeException e ){
                if ( retryCount++ < MAX_RETRY_COUNT ){
                    isDone = false;
                }else{
                    throw e;
                }
            }
        }
        
        if ( hasTheLock ){
            return ourPath;
        }
        
        return null;
}

 

     



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