zookeeper 应用场景五、分布式锁

分布式锁

方式一

012.png

原理

节点不可重名 + watch

  • 争抢创建临时节点,未争抢到锁的实例添加 watch。
  • 创建了临时节点,就执行相关方法,执行完成之后,删除临时节点,释放锁。
  • 其他节点再次争抢创建临时节点。

使用临时节点的原因:防止实例在创建临时节点之后,因各种原因宕机,此时,临时节点也能被同时删除。假如是永久节点,节点不会被删除,锁也就不会被释放。

013.png

缺点

惊群效应

假如有 1000 个节点,此时,有节点争抢到锁,其他节点会进入等待。锁释放,999 个节点会醒来,争抢锁。适用于并发小的情况。

举例

package com.study.mike.zookeeper;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

import org.I0Itec.zkclient.IZkDataListener;
import org.I0Itec.zkclient.ZkClient;
import org.I0Itec.zkclient.exception.ZkNodeExistsException;

public class ZKDistributeLock implements Lock {

    private String lockPath;

    private ZkClient client;

    // 锁重入计数
    private ThreadLocal<Integer> reentrantCount = new ThreadLocal<>();

    public ZKDistributeLock(String lockPath) {
        super();
        this.lockPath = lockPath;

        client = new ZkClient("localhost:2181");
        client.setZkSerializer(new MyZkSerializer());
    }

    @Override
    public boolean tryLock() { // 不会阻塞

        if (this.reentrantCount.get() != null) {
            int count = this.reentrantCount.get();
            if (count > 0) {
                this.reentrantCount.set(++count);
                return true;
            }
        }
        // 创建节点
        try {
            client.createEphemeral(lockPath);
            this.reentrantCount.set(1);
        } catch (ZkNodeExistsException e) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    @Override
    public void unlock() {
        // 重入的释放锁处理
        if (this.reentrantCount.get() != null) {
            int count = this.reentrantCount.get();
            if (count > 1) {
                this.reentrantCount.set(--count);
                return;
            } else {
                this.reentrantCount.set(null);
            }
        }
        client.delete(lockPath);
    }

    @Override
    public void lock() { // 如果获取不到锁,阻塞等待
        if (!tryLock()) {
            // 没获得锁,阻塞自己
            waitForLock();
            // 再次尝试
            lock();
        }

    }

    private void waitForLock() {

        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(1);

        IZkDataListener listener = new IZkDataListener() {

            @Override
            public void handleDataDeleted(String dataPath) throws Exception {
                System.out.println("----收到节点被删除了-------------");
                cdl.countDown();
            }

            @Override
            public void handleDataChange(String dataPath, Object data) throws Exception {
            }
        };

        client.subscribeDataChanges(lockPath, listener);

        // 阻塞自己
        if (this.client.exists(lockPath)) {
            try {
                cdl.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 取消注册
        client.unsubscribeDataChanges(lockPath, listener);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub

    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub
        return false;
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 并发数
        int currency = 50;

        // 循环屏障
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(currency);

        // 多线程模拟高并发
        for (int i = 0; i < currency; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---------我准备好---------------");
                    // 等待一起出发
                    try {
                        cb.await();
                    } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ZKDistributeLock lock = new ZKDistributeLock("/distLock11");

                    try {
                        lock.lock();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得锁!");
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }).start();

        }
    }
}

方式二

原理

取号 + 最小号获得锁 + watch

014.png

每个节点只需要关注它的前一个节点即可。

015.png

举例

package com.study.mike.zookeeper;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

import org.I0Itec.zkclient.IZkDataListener;
import org.I0Itec.zkclient.ZkClient;
import org.I0Itec.zkclient.exception.ZkNodeExistsException;

public class ZKDistributeImproveLock implements Lock {

    /*
     * 利用临时顺序节点来实现分布式锁
     * 获取锁:取排队号(创建自己的临时顺序节点),然后判断自己是否是最小号,如是,则获得锁;不是,则注册前一节点的watcher,阻塞等待
     * 释放锁:删除自己创建的临时顺序节点
     */
    private String lockPath;

    private ZkClient client;

    private ThreadLocal<String> currentPath = new ThreadLocal<>();

    private ThreadLocal<String> beforePath = new ThreadLocal<>();

    // 锁重入计数
    private ThreadLocal<Integer> reentrantCount = new ThreadLocal<>();

    public ZKDistributeImproveLock(String lockPath) {
        super();
        this.lockPath = lockPath;
        client = new ZkClient("localhost:2181");
        client.setZkSerializer(new MyZkSerializer());
        if (!this.client.exists(lockPath)) {
            try {
                this.client.createPersistent(lockPath);
            } catch (ZkNodeExistsException e) {

            }
        }
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        if (this.reentrantCount.get() != null) {
            int count = this.reentrantCount.get();
            if (count > 0) {
                this.reentrantCount.set(++count);
                return true;
            }
        }

        if (this.currentPath.get() == null) {
            currentPath.set(this.client.createEphemeralSequential(lockPath + "/", "aaa"));
        }
        // 获得所有的子
        List<String> children = this.client.getChildren(lockPath);

        // 排序list
        Collections.sort(children);

        // 判断当前节点是否是最小的
        if (currentPath.get().equals(lockPath + "/" + children.get(0))) {
            this.reentrantCount.set(1);
            return true;
        } else {
            // 取到前一个
            // 得到字节的索引号
            int curIndex = children.indexOf(currentPath.get().substring(lockPath.length() + 1));
            beforePath.set(lockPath + "/" + children.get(curIndex - 1));
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void lock() {
        if (!tryLock()) {
            // 阻塞等待
            waitForLock();
            // 再次尝试加锁
            lock();
        }
    }

    private void waitForLock() {

        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(1);

        // 注册watcher
        IZkDataListener listener = new IZkDataListener() {

            @Override
            public void handleDataDeleted(String dataPath) throws Exception {
                System.out.println("-----监听到节点被删除");
                cdl.countDown();
            }

            @Override
            public void handleDataChange(String dataPath, Object data) throws Exception {

            }
        };

        client.subscribeDataChanges(this.beforePath.get(), listener);

        // 怎么让自己阻塞
        if (this.client.exists(this.beforePath.get())) {
            try {
                cdl.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 醒来后,取消watcher
        client.unsubscribeDataChanges(this.beforePath.get(), listener);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        // 重入的释放锁处理
        if (this.reentrantCount.get() != null) {
            int count = this.reentrantCount.get();
            if (count > 1) {
                this.reentrantCount.set(--count);
                return;
            } else {
                this.reentrantCount.set(null);
            }
        }
        // 删除节点
        this.client.delete(this.currentPath.get());
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub

    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub
        return false;
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 并发数
        int currency = 50;

        // 循环屏障
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(currency);

        // 多线程模拟高并发
        for (int i = 0; i < currency; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---------我准备好---------------");
                    // 等待一起出发
                    try {
                        cb.await();
                    } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ZKDistributeImproveLock lock = new ZKDistributeImproveLock("/distLock");

                    try {
                        lock.lock();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得锁!");
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }).start();

        }
    }

}

PHP实现

<?php

namespace common\utils\zookeeper;


class ZkUtil
{
    const debug = false;
    private static $_zk = null; // zk client
    private static $_node = null; // 当前节点信息
    private static $_isNotifyed = null;
    private static $_root; // 根目录
    private static $_acl = [ // 授权
        [
            'perms' => \Zookeeper::PERM_ALL,
            'scheme' => 'world',
            'id' => 'anyone',
        ]
    ];

    /**
     * 初始化链接
     * @param $conf
     * @param $root
     * @return \Zookeeper|null
     * @throws \Exception
     */
    public static function getInstance($conf, $root): ?\Zookeeper
    {
        if (self::$_zk !== null) return self::$_zk;
        $client = new \Zookeeper($conf['client_uri']);
        if (!$client) {
            throw new \Exception('connect zookeeper error');
        }

        self::$_root = $root;
        return self::$_zk = $client;
    }

    /**
     * 获取锁
     * @param $key
     * @param $value
     * @return false
     */
    public static function tryClock($key, $value): bool
    {
        try {
            self::createRoot($value);//构建根节点
            self::createSub(self::$_root . $key, $value);//构建子节点
            return self::getLock();//获取锁
        } catch (\Exception $e) {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 释放锁
     * @return bool
     */
    public static function releaseLock(): bool
    {
        if (self::$_zk->delete(self::$_node)) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 创建根节点
     * @param $value
     * @return bool
     * @throws \Exception
     */
    public static function createRoot($value): bool
    {
        // 判读根节点是否存在
        if (!self::$_zk->exists(self::$_root)) {
            // 创建根节点 创建成功返回节点名
            $result = self::$_zk->create(self::$_root, $value, self::$_acl);
            if (!$result) {
                throw new \Exception('create ' . self::$_root . '  fail');
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 创建子节点
     * @param $path
     * @param $value
     * @return bool
     * @throws \Exception
     */
    public static function createSub($path, $value): bool
    {
        self::$_node = self::$_zk->create($path, $value, self::$_acl, \Zookeeper::EPHEMERAL | \Zookeeper::SEQUENCE);
        if (!self::$_node) {
            throw new \Exception('create -s -e ' . $path . ' fail');
        }
        if (self::debug){
            echo 'create - node:' . self::$_node . PHP_EOL;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 获取锁
     * @return bool
     */
    public function getLock()
    {
        $beforeNode = self::checkNodeBefore();
        // 如果得到锁返回
        if ($beforeNode === true) {
            return true;
        } else {
            self::$_isNotifyed = false;// 初始化状态
            $result = self::$_zk->get($beforeNode, [ZkUtil::class, 'watcher']);

            while (!$result) {
                $res = self::checkNodeBefore();
                if ($res === true) {
                    return true;
                } else {
                    $result = self::$_zk->get($res, [ZkUtil::class, 'watcher']);
                }
            }
            while (!self::$_isNotifyed) {
                if(self::debug){
                    echo '.';
                }
                usleep(500000);//500ms
            }
            return true;
        }
    }

    public static function watcher($type, $state, $key)
    {
        if(self::debug){
            echo PHP_EOL . $key . ' notifyed ... ' . PHP_EOL;
        }
        self::$_isNotifyed = true;
        self::getLock();
    }

    /**
     * 检查当前节点是否可以得到锁,如果不可以获取它的上一个节点
     * @return bool
     */
    public function checkNodeBefore()
    {
        // 获取所有子节点
        $nodes = self::$_zk->getChildren(self::$_root);
        // 对节点进行排序
        sort($nodes);
        $root = self::$_root;
        // 节点全路径拼接
        array_walk($nodes, function (&$val) use ($root) {
            $val = $root . '/' . $val;
        });
        // 判断是否在首位
        if ($nodes[0] == self::$_node) {
            if(self::debug){
                echo 'get lock node ' . self::$_node . '------' . PHP_EOL;
            }
            return true;
        } else {
            // 找到当前节点的上一个节点
            $index = array_search(self::$_node, $nodes);
            $before = $nodes[$index - 1];
            if(self::debug){
                echo 'before node ' . $before . '.....' . PHP_EOL;
            }
            return $before;
        }
    }
}

//function zkLock($resourceId)
//{
//    $conf['client_uri'] = '192.168.3.111:2181,192.168.3.112:2181,192.168.3.113:2181';
//    $root = '/lock_' . $resourceId;
//    $lockKey = '/lock_';
//    $value = 'server_info_1';
//    $client = ZkUtil::getInstance($conf, $root);
//    $re = ZkUtil::tryClock($lockKey, $value);
//    if ($re) {
//        echo 'get lock success' . PHP_EOL;
//    } else {
//        echo 'get lock fail' . PHP_EOL;
//        return false;
//    }
//    try {
//        action();
//    } catch (\Exception $e) {
//        echo $e->getMessage() . PHP_EOL;
//    } finally {
//        $re = ZkUtil::releaseLock();
//        if ($re) {
//            echo 'release lock success' . PHP_EOL;
//        } else {
//            echo 'release lock fail' . PHP_EOL;
//        }
//        return;
//    }
//}
//
//function action()
//{
//    $n = rand(1, 20);
//    switch ($n) {
//        case 1:
//            sleep(15);//模拟超时
//            break;
//        case 2:
//            throw new \Exception('system throw message...');//模拟中断
//            break;
//        case 3:
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