Zookeeper分布式锁案例

什么叫做分布式锁呢？
比如说"进程 1"在使用该资源的时候，会先去获得锁，"进程 1"获得锁以后会对该资源保持独占，这样其他进程就无法访问该资源，"进程 1"用完该资源以后就将锁释放掉，让其他进程来获得锁，那么通过这个锁机制，我们就能保证了分布式系统中多个进程能够有序的访问该临界资源。那么我们把这个分布式环境下的这个锁叫作分布式锁。

 原生 Zookeeper  实现分布式锁案例

1）分布式锁实现

package com.gk.case2;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.io.IOException;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * create with IntelliJ IDEA
 *
 * @Project :zookeeper
 * @Package :com.gk.case2
 * @ClassName :
 * @CreateTime :2022/4/129:34
 * @Version :1.0
 * @Author :锦林
 * @Email :[email protected]
 **/
public class DistributedLock {

    private final String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181";
    private final int sessionTimeout = 2000;
    private final ZooKeeper zk;
    private String rootNode = "locks";
    private String subNode = "seq-";
    // Zookeeper连接
    private CountDownLatch connectLatch = new CountDownLatch(1);
    // Zookeeper节点等待
    private CountDownLatch waitLatch = new CountDownLatch(1);
    // 当前client等待的子节点
    private String waitPath;
    // 当前client创建的子节点
    private String currentNode;

    // 和zk服务建立连接，并创建根节点
    public DistributedLock() throws IOException, InterruptedException, KeeperException {

        zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new Watcher() {
            public void process(WatchedEvent watchedEvent) {

                // 连接建立时，打开latch，唤醒wait在该latch上的线程
                if (watchedEvent.getState() == Event.KeeperState.SyncConnected) {
                    connectLatch.countDown();
                }

                // 发生了waitPath的删除事件
                if (watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted && watchedEvent.getPath().equals(waitPath)) {
                    waitLatch.countDown();
                }

            }
        });

        // 等待连接建立
        connectLatch.await();

        // 获取根节点状态
        Stat stat = zk.exists("/" + rootNode, false);

        // 如果根节点不存在，则创建根节点，根节点类型为永久节点
        if (stat == null) {
            System.out.println("根节点不存在");
            zk.create("/" + rootNode, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
        }
    }

    // 加锁方法
    public void zkLock() {

        try {
            // 在根节点下创建临时顺序节点，返回值为创建的节点路径
            currentNode = zk.create("/" + rootNode + "/" + subNode, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL);

            // wait一会，让结果更清晰一些
            Thread.sleep(10);

            // 注意，没有必要监听“/locks”的子节点的变化情况
            List children = zk.getChildren("/" + rootNode, false);

            // 列表中只有一个子节点，那肯定就是currentNode，说明client获得锁
            if (children.size() == 1) {
                return;
            } else {
                // 对根节点下的所有临时顺序节点进行从小到大排序
                Collections.sort(children);

                // 当前节点名称
                String thisNode = currentNode.substring(("/" + rootNode + "/").length());
                // 获取当前节点的位置
                int index = children.indexOf(thisNode);

                if (index == -1) {
                    System.out.println("数据异常");
                } else if (index == 0) {
                    // index==0,说明thisNode在列表中最小，当前client获得锁
                    return;
                } else {
                    // 获得排名比currentNode前一位的节点
                    this.waitPath = "/" + rootNode + "/" + children.get(index - 1);

                    // 在waitPath上注册监听器，当waitPath被删除时，zookeeper会回调监听器的process方法
                    zk.getData(waitPath,true,new Stat());
                    // 进入等待锁状态
                    waitLatch.await();
                    
                    return;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 解锁方法
    public void zkUnlock(){
        try {
            zk.delete(this.currentNode,-1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2） 分布式锁测试

（1）创建两个线程

package com.gk.case2;

import org.apache.zookeeper.KeeperException;

import java.io.IOException;

/**
 * create with IntelliJ IDEA
 *
 * @Project :zookeeper
 * @Package :com.gk.case2
 * @ClassName :
 * @CreateTime :2022/4/129:59
 * @Version :1.0
 * @Author :锦林
 * @Email :[email protected]
 **/
public class DistributedLockTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException, KeeperException {

        // 创建分布式锁 1
        final DistributedLock lock1 = new DistributedLock();
        // 创建分布式锁 2
        final DistributedLock lock2 = new DistributedLock();

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {

                try {
                    // 获取锁对象
                    lock1.zkLock();
                    System.out.println("线程1获取锁");
                    Thread.sleep(5 * 1000);

                    lock1.zkUnlock();
                    System.out.println("线程1释放锁");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {

                try {
                    // 获取锁对象
                    lock2.zkLock();
                    System.out.println("线程2获取锁");
                    Thread.sleep(5 * 1000);

                    lock2.zkUnlock();
                    System.out.println("线程2释放锁");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

（2）观察控制台变化：

 Curator  框架实现分布式锁案例

1）原生的 Java API  开发存在的问题
（1）会话连接是异步的，需要自己去处理。比如使用 CountDownLatch
（2）Watch 需要重复注册，不然就不能生效
（3）开发的复杂性还是比较高的
（4）不支持多节点删除和创建。需要自己去递归
2）Curator 是一个专门解决分布式锁的框架，解决了原生Java API 开发分布式遇到的问题。
详情请查看官方文档：https://curator.apache.org/index.html
3 ）Curator 案例实操

（1）添加依赖

org.apache.curator
curator-framework
4.3.0


org.apache.curator
curator-recipes
4.3.0


org.apache.curator
curator-client
4.3.0

（2）代码实现

package com.gk.case3;

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;

/**
 * create with IntelliJ IDEA
 *
 * @Project :zookeeper
 * @Package :com.gk.case3
 * @ClassName :
 * @CreateTime :2022/4/1210:41
 * @Version :1.0
 * @Author :锦林
 * @Email :[email protected]
 **/
public class CuratorLockTest {

    private String rootNode = "/locks";
    private String connectString = "hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop103:2181";
    // connection超时时间
    private int connectionTimeout = 2000;
    // session超时时间
    private int sessionTimeout = 2000;

    public static void main(String[] args) {
        new CuratorLockTest().test();
    }

    // 测试
    public void test() {

        // 创建分布式锁1
        final InterProcessMutex lock1 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), rootNode);

        // 创建分布式锁1
        final InterProcessMutex lock2 = new InterProcessMutex(getCuratorFramework(), rootNode);

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {

                try {
                    // 获取锁对象
                    lock1.acquire();
                    System.out.println("线程1 获取锁");

                    // 测试锁重入
                    lock1.acquire();
                    System.out.println("线程1 再次获取锁");
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    lock1.release();
                    System.out.println("线程1 释放锁");
                    lock1.release();
                    System.out.println("线程1 再次释放锁");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {

                try {
                    // 获取锁对象
                    lock2.acquire();
                    System.out.println("线程2 获取锁");

                    // 测试锁重入
                    lock2.acquire();
                    System.out.println("线程2 再次获取锁");
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    lock2.release();
                    System.out.println("线程2 释放锁");
                    lock2.release();
                    System.out.println("线程2 再次释放锁");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }

    // 分布式锁初始化
    private CuratorFramework getCuratorFramework() {

        // 重试策略，初试时间3秒，重试3次
        ExponentialBackoffRetry policy = new ExponentialBackoffRetry(3000, 3);

        // 通过工厂创建Curator
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString(connectString)
                .connectionTimeoutMs(connectionTimeout)
                .sessionTimeoutMs(sessionTimeout)
                .retryPolicy(policy).build();

        //开启连接
        client.start();
        System.out.println("zookeeper 初始化完成。。。");
        return client;
    }
}

（2）观察控制台变化：