快捷導(dǎo)航

分析ZooKeeper分布式鎖的實(shí)現(xiàn)

更新時間：2021年06月30日 16:57:21 作者：IT王小二

在分布式的情況下，sychornized 和 Lock 已經(jīng)不能滿足我們的要求了，那么就需要使用第三方的鎖了，這里我們就使用 ZooKeeper 來實(shí)現(xiàn)一個分布式鎖

一、分布式鎖方案比較

方案	實(shí)現(xiàn)思路	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
利用 MySQL 的實(shí)現(xiàn)方案	利用數(shù)據(jù)庫自身提供的鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)，要求數(shù)據(jù)庫支持行級鎖	實(shí)現(xiàn)簡單	性能差，無法適應(yīng)高并發(fā)場景；容易出現(xiàn)死鎖的情況；無法優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)阻塞式鎖
利用 Redis 的實(shí)現(xiàn)方案	使用 Setnx 和 lua 腳本機(jī)制實(shí)現(xiàn)，保證對緩存操作序列的原子性	性能好	實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜，有可能出現(xiàn)死鎖；無法優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)阻塞式鎖
利用 ZooKeeper 的實(shí)現(xiàn)方案	基于 ZooKeeper 節(jié)點(diǎn)特性及 watch 機(jī)制實(shí)現(xiàn)	性能好，穩(wěn)定可靠性高，能較好地實(shí)現(xiàn)阻塞式鎖	實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜

二、ZooKeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖

這里使用 ZooKeeper 來實(shí)現(xiàn)分布式鎖，以50個并發(fā)請求來獲取訂單編號為例，描述兩種方案，第一種為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)，第二種在第一種基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1、方案一

流程描述：

具體代碼：

OrderNumGenerator：

/**
 * @Description 生成隨機(jī)訂單號
 */
public class OrderNumGenerator {

    private static long count = 0;

    /**
     * 使用日期加數(shù)值拼接成訂單號
     */
    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 自定義鎖接口
 */
public interface Lock {

    /**
     * 獲取鎖
     */
    public void getLock();

    /**
     * 釋放鎖
     */
    public void unLock();
}

AbstractLock：

/**
 * @Description 定義一個模板，具體的方法由子類來實(shí)現(xiàn)
 */
public abstract class AbstractLock implements Lock {

    /**
     * 獲取鎖
     */
    @Override
    public void getLock() {

        if (tryLock()) {
            System.out.println("--------獲取到了自定義Lock鎖的資源--------");
        } else {
            // 沒拿到鎖則阻塞，等待拿鎖
            waitLock();
            getLock();
        }

    }

    /**
     * 嘗試獲取鎖，如果拿到了鎖返回true，沒有拿到則返回false
     */
    public abstract boolean tryLock();

    /**
     * 阻塞，等待獲取鎖
     */
    public abstract void waitLock();
}

ZooKeeperAbstractLock：

/**
 * @Description 定義需要的服務(wù)連接
 */
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 真正實(shí)現(xiàn)鎖的細(xì)節(jié)
 */
public class ZooKeeperDistrbuteLock extends ZooKeeperAbstractLock {
    private CountDownLatch countDownLatch = null;

    /**
     * 嘗試拿鎖
     */
    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            // 創(chuàng)建臨時節(jié)點(diǎn)
            zkClient.createEphemeral(PATH);
            return true;
        } catch (Exception e) {
            // 創(chuàng)建失敗報異常
            return false;
        }
    }

    /**
     * 阻塞，等待獲取鎖
     */
    @Override
    public void waitLock() {
        // 創(chuàng)建監(jiān)聽
        IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() {
            @Override
            public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception {

            }

            @Override
            public void handleDataDeleted(String s) throws Exception {
                // 釋放鎖，刪除節(jié)點(diǎn)時喚醒等待的線程
                if (countDownLatch != null) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }
        };

        // 注冊監(jiān)聽
        zkClient.subscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener);

        // 節(jié)點(diǎn)存在時，等待節(jié)點(diǎn)刪除喚醒
        if (zkClient.exists(PATH)) {
            countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 刪除監(jiān)聽
        zkClient.unsubscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener);
    }

    /**
     * 釋放鎖
     */
    @Override
    public void unLock() {
        if (zkClient != null) {
            System.out.println("釋放鎖資源");
            zkClient.delete(PATH);
            zkClient.close();
        }
    }
}

測試效果：使用50個線程來并發(fā)測試ZooKeeper實(shí)現(xiàn)的分布式鎖

/**
 * @Description 使用50個線程來并發(fā)測試ZooKeeper實(shí)現(xiàn)的分布式鎖
 */
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() + ", 生成訂單編號："  + orderNumGenerator.getOrderNumber());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unLock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("----------生成唯一訂單號----------");
        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礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，避免產(chǎn)生“羊群效應(yīng)”，方案一一旦臨時節(jié)點(diǎn)刪除，釋放鎖，那么其他在監(jiān)聽這個節(jié)點(diǎn)變化的線程，就會去競爭鎖，同時訪問 ZooKeeper，那么怎么更好的避免各線程的競爭現(xiàn)象呢，就是使用臨時順序節(jié)點(diǎn)，臨時順序節(jié)點(diǎn)排序，每個臨時順序節(jié)點(diǎn)只監(jiān)聽它本身的前一個節(jié)點(diǎn)變化。

流程描述：

具體代碼

具體只需要將方案一中的 ZooKeeperDistrbuteLock 改變，增加一個 ZooKeeperDistrbuteLock2，測試代碼中使用 ZooKeeperDistrbuteLock2 即可測試，其他代碼都不需要改變。

/**
 * @Description 真正實(shí)現(xiàn)鎖的細(xì)節(jié)
 */
public class ZooKeeperDistrbuteLock2 extends ZooKeeperAbstractLock {

    private CountDownLatch countDownLatch = null;
    /**
     * 當(dāng)前請求節(jié)點(diǎn)的前一個節(jié)點(diǎn)
     */
    private String beforePath;
    /**
     * 當(dāng)前請求的節(jié)點(diǎn)
     */
    private String currentPath;

    public ZooKeeperDistrbuteLock2() {
        if (!zkClient.exists(PATH)) {
            // 創(chuàng)建持久節(jié)點(diǎn)，保存臨時順序節(jié)點(diǎn)
            zkClient.createPersistent(PATH);
        }
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        // 如果currentPath為空則為第一次嘗試拿鎖，第一次拿鎖賦值currentPath
        if (currentPath == null || currentPath.length() == 0) {
            // 在指定的持久節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建臨時順序節(jié)點(diǎn)
            currentPath = zkClient.createEphemeralSequential(PATH + "/", "lock");
        }
        // 獲取所有臨時節(jié)點(diǎn)并排序，例如：000044
        List<String> childrenList = zkClient.getChildren(PATH);
        Collections.sort(childrenList);

        if (currentPath.equals(PATH + "/" + childrenList.get(0))) {
            // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在所有節(jié)點(diǎn)中排名第一則獲取鎖成功
            return true;
        } else {
            int wz = Collections.binarySearch(childrenList, currentPath.substring(6));
            beforePath = PATH + "/" + childrenList.get(wz - 1);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void waitLock() {
        // 創(chuàng)建監(jiān)聽
        IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() {
            @Override
            public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception {

            }

            @Override
            public void handleDataDeleted(String s) throws Exception {
                // 釋放鎖，刪除節(jié)點(diǎn)時喚醒等待的線程
                if (countDownLatch != null) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }
        };

        // 注冊監(jiān)聽，這里是給排在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)前面的節(jié)點(diǎn)增加（刪除數(shù)據(jù)的）監(jiān)聽，本質(zhì)是啟動另外一個線程去監(jiān)聽前置節(jié)點(diǎn)
        zkClient.subscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener);

        // 前置節(jié)點(diǎn)存在時，等待前置節(jié)點(diǎn)刪除喚醒
        if (zkClient.exists(beforePath)) {
            countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 刪除對前置節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽
        zkClient.unsubscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener);
    }

    /**
     * 釋放鎖
     */
    @Override
    public void unLock() {
        if (zkClient != null) {
            System.out.println("釋放鎖資源");
            zkClient.delete(currentPath);
            zkClient.close();
        }
    }
}

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