Zookeeper客户端Curator使用介绍

简介

Curator是Netflix公司开源的一套zookeeper客户端框架，解决了很多Zookeeper客户端非常底层的细节开发工作，包括连接重连、反复注册Watcher和NodeExistsException异常等等。Patrixck Hunt（Zookeeper）以一句“Guava is to Java that Curator to Zookeeper”给Curator予高度评价。
引子和趣闻：
Zookeeper名字的由来是比较有趣的，下面的片段摘抄自《从PAXOS到ZOOKEEPER分布式一致性原理与实践》一书：
Zookeeper最早起源于雅虎的研究院的一个研究小组。在当时，研究人员发现，在雅虎内部很多大型的系统需要依赖一个类似的系统进行分布式协调，但是这些系统往往存在分布式单点问题。所以雅虎的开发人员就试图开发一个通用的无单点问题的分布式协调框架。在立项初期，考虑到很多项目都是用动物的名字来命名的(例如著名的Pig项目)，雅虎的工程师希望给这个项目也取一个动物的名字。时任研究院的首席科学家Raghu Ramakrishnan开玩笑说：再这样下去，我们这儿就变成动物园了。此话一出，大家纷纷表示就叫动物园管理员吧——因为各个以动物命名的分布式组件放在一起，雅虎的整个分布式系统看上去就像一个大型的动物园了，而Zookeeper正好用来进行分布式环境的协调——于是，Zookeeper的名字由此诞生了。

Curator无疑是Zookeeper客户端中的瑞士军刀，它译作”馆长”或者”管理者”，不知道是不是开发小组有意而为之，笔者猜测有可能这样命名的原因是说明Curator就是Zookeeper的馆长(脑洞有点大：Curator就是动物园的园长)。
Curator包含了几个包：
curator-framework：对zookeeper的底层api的一些封装
curator-client：提供一些客户端的操作，例如重试策略等
curator-recipes：封装了一些高级特性，如：Cache事件监听、选举、分布式锁、分布式计数器、分布式Barrier等
Maven依赖(使用curator的版本：2.12.0，对应Zookeeper的版本为：3.4.x，如果跨版本会有兼容性问题，很有可能导致节点操作失败)：

引用依赖：

<dependency>
            <groupId>org.apache.curatorgroupId>
            <artifactId>curator-frameworkartifactId>
            <version>2.12.0version>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.curatorgroupId>
            <artifactId>curator-recipesartifactId>
            <version>2.12.0version>
        dependency>

可重入共享锁—Shared Reentrant LocK

Shared意味着锁是全局可见的， 客户端都可以请求锁。 Reentrant和JDK的ReentrantLock类似，即可重入， 意味着同一个客户端在拥有锁的同时，可以多次获取，不会被阻塞。 它是由类InterProcessMutex来实现。

public class InterProcessMutexDemo {

    private InterProcessMutex lock;
    private final FakeLimitedResource resource;
    private final String clientName;

    public InterProcessMutexDemo(CuratorFramework client, String lockPath, FakeLimitedResource resource, String clientName) {
        this.resource = resource;
        this.clientName = clientName;
        this.lock = new InterProcessMutex(client, lockPath);
    }

    public void doWork(long time, TimeUnit unit) throws Exception {
        if (!lock.acquire(time, unit)) {
            throw new IllegalStateException(clientName + " could not acquire the lock");
        }
        try {
            System.out.println(clientName + " get the lock");
            resource.use(); //access resource exclusively
        } finally {
            System.out.println(clientName + " releasing the lock");
            lock.release(); // always release the lock in a finally block
        }
    }

    private static final int QTY = 5;
    private static final int REPETITIONS = QTY * 10;
    private static final String PATH = "/examples/locks";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final FakeLimitedResource resource = new FakeLimitedResource();
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(QTY);
        final TestingServer server = new TestingServer();
        try {
            for (int i = 0; i < QTY; ++i) {
                final int index = i;
                Callable task = new Callable() {
                    @Override
                    public Void call() throws Exception {
                        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(server.getConnectString(), new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
                        try {
                            client.start();
                            final InterProcessMutexDemo example = new InterProcessMutexDemo(client, PATH, resource, "Client " + index);
                            for (int j = 0; j < REPETITIONS; ++j) {
                                example.doWork(10, TimeUnit.SECONDS);
                            }
                        } catch (Throwable e) {
                            e.printStackTrace();
                        } finally {
                            CloseableUtils.closeQuietly(client);
                        }
                        return null;
                    }
                };
                service.submit(task);
            }
            service.shutdown();
            service.awaitTermination(10, TimeUnit.MINUTES);
        } finally {
            CloseableUtils.closeQuietly(server);
        }
    }
}

不可重入共享锁—Shared Lock

这个锁和上面的InterProcessMutex相比，就是少了Reentrant的功能，也就意味着它不能在同一个线程中重入。这个类是InterProcessSemaphoreMutex,使用方法和InterProcessMutex类似

public class InterProcessSemaphoreMutexDemo {

    private InterProcessSemaphoreMutex lock;
    private final FakeLimitedResource resource;
    private final String clientName;

    public InterProcessSemaphoreMutexDemo(CuratorFramework client, String lockPath, FakeLimitedResource resource, String clientName) {
        this.resource = resource;
        this.clientName = clientName;
        this.lock = new InterProcessSemaphoreMutex(client, lockPath);
    }

    public void doWork(long time, TimeUnit unit) throws Exception {
        if (!lock.acquire(time, unit))
        {
            throw new IllegalStateException(clientName + " 不能得到互斥锁");
        }
        System.out.println(clientName + " 已获取到互斥锁");
        if (!lock.acquire(time, unit))
        {
            throw new IllegalStateException(clientName + " 不能得到互斥锁");
        }
        System.out.println(clientName + " 再次获取到互斥锁");
        try {
            System.out.println(clientName + " get the lock");
            resource.use(); //access resource exclusively
        } finally {
            System.out.println(clientName + " releasing the lock");
            lock.release(); // always release the lock in a finally block
            lock.release(); // 获取锁几次 释放锁也要几次
        }
    }

    private static final int QTY = 5;
    private static final int REPETITIONS = QTY * 10;
    private static final String PATH = "/examples/locks";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final FakeLimitedResource resource = new FakeLimitedResource();
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(QTY);
        final TestingServer server = new TestingServer();
        try {
            for (int i = 0; i < QTY; ++i) {
                final int index = i;
                Callable task = new Callable() {
                    @Override
                    public Void call() throws Exception {
                        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(server.getConnectString(), new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
                        try {
                            client.start();
                            final InterProcessSemaphoreMutexDemo example = new InterProcessSemaphoreMutexDemo(client, PATH, resource, "Client " + index);
                            for (int j = 0; j < REPETITIONS; ++j) {
                                example.doWork(10, TimeUnit.SECONDS);
                            }
                        } catch (Throwable e) {
                            e.printStackTrace();
                        } finally {
                            CloseableUtils.closeQuietly(client);
                        }
                        return null;
                    }
                };
                service.submit(task);
            }
            service.shutdown();
            service.awaitTermination(10, TimeUnit.MINUTES);
        } finally {
            CloseableUtils.closeQuietly(server);
        }
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
}

信号量—Shared Semaphore

一个计数的信号量类似JDK的Semaphore。 JDK中Semaphore维护的一组许可(permits)，而Curator中称之为租约(Lease)。 有两种方式可以决定semaphore的最大租约数。第一种方式是用户给定path并且指定最大LeaseSize。第二种方式用户给定path并且使用SharedCountReader类。如果不使用SharedCountReader, 必须保证所有实例在多进程中使用相同的(最大)租约数量,否则有可能出现A进程中的实例持有最大租约数量为10，但是在B进程中持有的最大租约数量为20，此时租约的意义就失效了。

public class InterProcessSemaphoreDemo {

    private static final int MAX_LEASE = 10;
    private static final String PATH = "/examples/locks";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FakeLimitedResource resource = new FakeLimitedResource();
        try (TestingServer server = new TestingServer()) {

            CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(server.getConnectString(), new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
            client.start();

            InterProcessSemaphoreV2 semaphore = new InterProcessSemaphoreV2(client, PATH, MAX_LEASE);
            Collection leases = semaphore.acquire(5);
            System.out.println("get " + leases.size() + " leases");
            Lease lease = semaphore.acquire();
            System.out.println("get another lease");

            resource.use();

            Collection leases2 = semaphore.acquire(5, 10, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("Should timeout and acquire return " + leases2);

            System.out.println("return one lease");
            semaphore.returnLease(lease);
            System.out.println("return another 5 leases");
            semaphore.returnAll(leases);
        }
    }
}

首先我们先获得了5个租约， 最后我们把它还给了semaphore。 接着请求了一个租约，因为semaphore还有5个租约，所以请求可以满足，返回一个租约，还剩4个租约。 然后再请求一个租约，因为租约不够，阻塞到超时，还是没能满足，返回结果为null(租约不足会阻塞到超时，然后返回null，不会主动抛出异常；如果不设置超时时间，会一致阻塞)。

参考资料：
《从PAXOS到ZOOKEEPER分布式一致性原理与实践》

总结

最近搞 区块链项目，用java写的上层逻辑做数据现楼，需要用到zookeeper锁做分布式功能，故研究使用了下，希望都能有所搜获。