ZooKeeper 實現(xiàn)分布式鎖的方法示例

更新時間：2019年06月17日 09:05:09 作者：Beck''s Blog

這篇文章主要介紹了ZooKeeper 實現(xiàn)分布式鎖的方法示例，小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

ZooKeeper 是一個典型的分布式數(shù)據(jù)一致性解決方案，分布式應(yīng)用程序可以基于 ZooKeeper 實現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、負(fù)載均衡、分布式協(xié)調(diào)/通知、集群管理、Master 選舉、分布式鎖等功能。

節(jié)點

在介紹 ZooKeeper 分布式鎖前需要先了解一下 ZooKeeper 中節(jié)點（Znode），ZooKeeper 的數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)模型是一棵樹（Znode Tree)，由斜杠（/）的進(jìn)行分割的路徑，就是一個 Znode（如 /locks/my_lock）。每個 Znode 上都會保存自己的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時還會保存一系列屬性信息。

Znode 又分為以下四種類型：

類型	描述
持久節(jié)點	節(jié)點創(chuàng)建后，會一直存在，不會因客戶端會話失效而刪除
持久順序節(jié)點	基本特性與持久節(jié)點一致，創(chuàng)建節(jié)點的過程中，ZooKeeper 會在其名字后自動追加一個單調(diào)增長的數(shù)字后綴，作為新的節(jié)點名
臨時節(jié)點	客戶端會話失效或連接關(guān)閉后，該節(jié)點會被自動刪除
臨時順序節(jié)點	基本特性與臨時節(jié)點一致，創(chuàng)建節(jié)點的過程中，ZooKeeper 會在其名字后自動追加一個單調(diào)增長的數(shù)字后綴，作為新的節(jié)點名

鎖原理

ZooKeeper 分布式鎖是基于 臨時順序節(jié)點 來實現(xiàn)的，鎖可理解為 ZooKeeper 上的一個節(jié)點，當(dāng)需要獲取鎖時，就在這個鎖節(jié)點下創(chuàng)建一個臨時順序節(jié)點。當(dāng)存在多個客戶端同時來獲取鎖，就按順序依次創(chuàng)建多個臨時順序節(jié)點，但只有排列序號是第一的那個節(jié)點能獲取鎖成功，其他節(jié)點則按順序分別監(jiān)聽前一個節(jié)點的變化，當(dāng)被監(jiān)聽者釋放鎖時，監(jiān)聽者就可以馬上獲得鎖。

而且用臨時順序節(jié)點的另外一個用意是如果某個客戶端創(chuàng)建臨時順序節(jié)點后，自己意外宕機(jī)了也沒關(guān)系，ZooKeeper 感知到某個客戶端宕機(jī)后會自動刪除對應(yīng)的臨時順序節(jié)點，相當(dāng)于自動釋放鎖。

如上圖：ClientA 和 ClientB 同時想獲取鎖，所以都在 locks 節(jié)點下創(chuàng)建了一個臨時節(jié)點 1 和 2，而 1 是當(dāng)前 locks 節(jié)點下排列序號第一的節(jié)點，所以 ClientA 獲取鎖成功，而 ClientB 處于等待狀態(tài)，這時 ZooKeeper 中的 2 節(jié)點會監(jiān)聽 1 節(jié)點，當(dāng) 1節(jié)點鎖釋放（節(jié)點被刪除）時，2 就變成了 locks 節(jié)點下排列序號第一的節(jié)點，這樣 ClientB 就獲取鎖成功了。

代碼測試

請確保 ZooKeeper 服務(wù)已啟動，ZooKeeper 的搭建可參考Kafka 集群中的 ZooKeeper 集群部分

以下是基于 C# 的測試，Java 可使用 Curator 框架，實現(xiàn)原理和上面描述是一致的，有興趣可以看看源碼，應(yīng)該也不難理解。

創(chuàng)建 .NET Core 控制臺程序 Nuget

安裝 ZooKeeperNetEx.Recipes

創(chuàng)建 ZooKeeper Client

private const int CONNECTION_TIMEOUT = 50000;
private const string CONNECTION_STRING = "127.0.0.1:2181";
private ZooKeeper CreateClient()
{
	var zooKeeper = new ZooKeeper(CONNECTION_STRING, CONNECTION_TIMEOUT, NullWatcher.Instance);
	Stopwatch sw = new Stopwatch();
	sw.Start();
	while (sw.ElapsedMilliseconds < CONNECTION_TIMEOUT)
	{
		var state = zooKeeper.getState();
		if (state == ZooKeeper.States.CONNECTED || state == ZooKeeper.States.CONNECTING)
		{
			break;
		}
	}
	sw.Stop();
	return zooKeeper;
}

class NullWatcher : Watcher
  {
    public static readonly NullWatcher Instance = new NullWatcher();
    private NullWatcher() { }
    public override Task process(WatchedEvent @event)
    {
      return Task.CompletedTask;
    }
  }

添加 Lock 方法

/// <summary>
/// 加鎖
/// </summary>
/// <param name="key">加鎖的節(jié)點名</param>
/// <param name="lockAcquiredAction">加鎖成功后需要執(zhí)行的邏輯</param>
/// <param name="lockReleasedAction">鎖釋放后需要執(zhí)行的邏輯，可為空</param>
/// <returns></returns>
public async Task Lock(string key, Action lockAcquiredAction, Action lockReleasedAction = null)
{
	// 獲取 ZooKeeper Client
	ZooKeeper keeper = CreateClient();
	// 指定鎖節(jié)點
	WriteLock writeLock = new WriteLock(keeper, $"/{key}", null);

	var lockCallback = new LockCallback(() =>
	{
		lockAcquiredAction.Invoke();
		writeLock.unlock();
	}, lockReleasedAction);
	// 綁定鎖獲取和釋放的監(jiān)聽對象
	writeLock.setLockListener(lockCallback);
	// 獲取鎖（獲取失敗時會監(jiān)聽上一個臨時節(jié)點）
	await writeLock.Lock();
}

class LockCallback : LockListener
{
	private readonly Action _lockAcquiredAction;
	private readonly Action _lockReleasedAction;

	public LockCallback(Action lockAcquiredAction, Action lockReleasedAction)
	{
		_lockAcquiredAction = lockAcquiredAction;
		_lockReleasedAction = lockReleasedAction;
	}

	/// <summary>
	/// 獲取鎖成功回調(diào)
	/// </summary>
	/// <returns></returns>
	public Task lockAcquired()
	{
		_lockAcquiredAction?.Invoke();
		return Task.FromResult(0);
	}

	/// <summary>
	/// 釋放鎖成功回調(diào)
	/// </summary>
	/// <returns></returns>
	public Task lockReleased()
	{
		_lockReleasedAction?.Invoke();
		return Task.FromResult(0);
	}
}

多線程模擬測試

static async Task RunAsync()
{
	Parallel.For(1, 10, async (i) =>
	{
		await new ZooKeeprDistributedLock().Lock("locks", () =>
		{
			Console.WriteLine($"第{i}個請求,獲取鎖成功:{DateTime.Now},線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
			Thread.Sleep(1000); // 業(yè)務(wù)邏輯...
		}, () =>
		{
			Console.WriteLine($"第{i}個請求,釋放鎖成功:{DateTime.Now},線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
			Console.WriteLine("-------------------------------");
		});
	});
	await Task.CompletedTask;
}