下面我将详细讲解如何使用zookeeper实现分布式锁。
什么是分布式锁？
分布式锁是一种用于控制分布式系统之间访问共享资源的机制。例如，在分布式系统中使用共享资源时，需要确保在任何时刻只有一个节点能够持有该资源。在这种情况下，分布式锁可以防止多个节点同时访问共享资源，从而保证系统的正确性和稳定性。
ZooKeeper简介
ZooKeeper是由Apache开发的一个高性能、高可靠、分布式开源协调服务。ZooKeeper提供了一组简单的原语，用于处理复杂的协调任务。在分布式锁中，ZooKeeper可以作为分布式锁的协调中心，帮助实现锁的分配、管理和释放。
实现分布式锁的步骤
实现分布式锁的步骤如下：
- 创建一个ZooKeeper客户端连接
- 在ZooKeeper中创建一个父节点，用于存储所有的锁
- 在父节点下创建一个瞬时顺序节点，并为该节点指定一个名称，当节点被创建时，ZooKeeper会为该节点分配一个唯一的编号
- 如果当前节点创建的节点编号是最小的，则表示该节点获取了分布式锁
- 如果当前节点创建的节点编号不是最小的，则监听比它小的那个节点，等待锁释放的通知
- 当节点获取锁后，执行相应的操作，完成之后，删除该节点，并释放锁
以Java代码为例演示如何实现分布式锁
连接ZooKeeper
使用ZooKeeper连接分布式系统的示例代码如下：
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
public class ZooKeeperClient {
private static final String HOST = "localhost:2181";
private static final int SESSION_TIMEOUT = 3000;
public ZooKeeper connect() throws IOException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper(HOST, SESSION_TIMEOUT, event -> {
if (event.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
latch.countDown();
}
});
latch.await();
return zooKeeper;
}
}
在上面的示例代码中，我们定义了一个ZooKeeperClient类，并创建了一个名为“connect”的方法来连接ZooKeeper。其中HOST表示ZooKeeper的主机地址和端口号，SESSION_TIMEOUT表示连接超时时间。
创建分布式锁
使用ZooKeeper实现分布式锁的示例代码如下：
import org.apache.zookeeper.*;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class DistributedLock {
private final ZooKeeper zooKeeper;
private final String lockPath;
private String currentNode;
public DistributedLock(ZooKeeper zooKeeper, String lockPath) {
this.zooKeeper = zooKeeper;
this.lockPath = lockPath;
createParentNode();
}
private void createParentNode() {
try {
if (zooKeeper.exists(lockPath, false) == null) {
zooKeeper.create(lockPath, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public boolean lock() {
try {
currentNode = zooKeeper.create(lockPath + "/lock_", new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
List<String> children = zooKeeper.getChildren(lockPath, false);
Collections.sort(children);
String minNode = children.get(0);
if (currentNode.equals(lockPath + "/" + minNode)) {
//当前节点获得锁
return true;
} else {
//监听次小节点
int currentIndex = children.indexOf(currentNode.substring(currentNode.lastIndexOf("/") + 1));
String preNode = children.get(currentIndex - 1);
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
zooKeeper.getData(lockPath + "/" + preNode, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {
//通知当前节点已经获得锁
latch.countDown();
}
}
}, new Stat());
latch.await();
return true;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return false;
}
public void unlock() {
try {
zooKeeper.delete(currentNode, -1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上述代码中，构造方法中，我们指定了一个ZooKeeper对象和一个分布式锁的路径（也可以是其他路径）。在createParentNode()方法中，可以用来检查锁的父节点是否存在，如果不存在，则创建该节点。
在lock()方法中，我们调用zooKeeper.create()方法来创建一个瞬时有序节点，并将当前节点名称记录在currentNode变量中。然后，获取锁路径下的所有子节点，并将它们按节点名称的字典序排序。
如果当前节点所创建的节点名称是排名最小的，则表示当前节点获取了分布式锁，并且返回true。如果当前节点不是排名最小的，则使用zooKeeper.getData()方法设置针对比其小的节点的通知器，等待比其小的节点删除后通知。
在unlock()方法中，我们调用zookeeper.delete()方法删除当前节点。
示例
下面举两个示例来演示如何使用zookeeper来实现分布式锁。
示例一：多个线程抢占同一锁
public class App {
private static final String LOCK_PATH = "/mylock";
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
try {
ZooKeeperClient client = new ZooKeeperClient();
ZooKeeper zooKeeper = client.connect();
DistributedLock lock = new DistributedLock(zooKeeper, LOCK_PATH);
if (lock.lock()) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock.");
Thread.sleep(5000);
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " unlock.");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "Thread-" + i).start();
}
}
}
上述代码中，我们创建了10个线程抢占同一锁，获取锁的线程可以进行一些需要排它性的操作，例如IO操作、数据库查询等。在获取锁后，线程会打印输出“获得锁”的信息，然后休眠5秒，最后释放锁，并打印输出“释放锁”的信息。
示例二：多个进程抢占同一锁
我们可以通过启动多个Java进程模拟多个进程抢占同一个锁，示例代码如下：
public class App {
private static final String LOCK_PATH = "/mylock";
public static void main(String[] args) {
List<Thread> threads = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
try {
ZooKeeperClient client = new ZooKeeperClient();
ZooKeeper zooKeeper = client.connect();
DistributedLock lock = new DistributedLock(zooKeeper, LOCK_PATH);
if (lock.lock()) {
System.out.println("process " + ProcessHandle.current().pid() + " get lock.");
Thread.sleep(5000);
lock.unlock();
System.out.println("process " + ProcessHandle.current().pid() + " unlock.");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
threads.add(thread);
thread.start();
}
threads.forEach(t -> {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
在多个进程中，我们使用了ProcessHandle.current().pid()方法来获取当前进程的PID，用于在输出中区分不同的进程。在获取锁后，进程将打印输出“获得锁”的消息，并休眠5秒，最后释放锁，并打印输出“释放锁”的消息。
小结
以上就是使用ZooKeeper实现分布式锁的完整攻略。该过程主要分为连接ZooKeeper、创建分布式锁等步骤。我们通过两个示例，演示了如何在多线程和多进程中使用ZooKeeper实现分布式锁，以达到对共享资源访问控制和管理的目的。
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