Zookeeper实战之实现分布式锁的方法

在分布式系统中，锁是必不可少的，实现分布式锁的方法有很多种，而使用Zookeeper作为分布式锁的实现也是一种比较可靠的方式。

Zookeeper简介

Zookeeper是一个分布式的开源协调服务框架，使用Zookeeper可以实现分布式锁、数据发布/订阅、命名服务、元数据管理、分布式协调/通知等功能。

原理解析

实现分布式锁，我们需要考虑以下几个问题：
1. 如何避免死锁
2. 如何保证原子性
3. 如果持有锁的进程挂掉了，如何处理

Zookeeper可以使用其提供的znode节点来实现分布式锁，其原理如下：

1. 每个需要获取锁的进程在Zookeeper的/locks节点下创建一个同名的临时有序节点
2. 获取锁的进程在/locks节点下所有同名节点中获取节点编号最小的节点，如果成功获取到锁，则继续执行业务逻辑；否则进入等待状态
3. 释放锁的进程删除对应的临时节点，此时等待锁的进程会自动触发Watcher事件，重新尝试获取锁

使用这种方法可以解决死锁、保证锁的原子性，对于持有锁的进程挂掉的情况，由于持有锁的节点是临时节点，因此Zookeeper会自动监测并删除该节点，从而避免死锁。

下面给出一个Java实现分布式锁的示例：

示例1：手动实现分布式锁

使用Curator库实现分布式锁需要添加依赖包，这里将手动实现分布式锁。

public class ZookeeperLockUtil {

    private ZooKeeper zookeeper;
    private String lockPath;
    private String lockName;

    public ZookeeperLockUtil(String zkUrl, String lockPath, String lockName) throws IOException, InterruptedException {
        zookeeper = new ZooKeeper(zkUrl, 3000, null);
        this.lockPath = lockPath;
        this.lockName = lockName;
    }

    public boolean acquire() throws KeeperException, InterruptedException {
        try {
            zookeeper.create(lockPath + "/" + lockName, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
            return true;
        } catch (KeeperException.NodeExistsException e) {
            return false;
        }
    }

    public void release() throws KeeperException, InterruptedException {
        String lockNodePath = lockPath + "/" + lockName;
        zookeeper.delete(lockNodePath, -1);
    }
}

上述代码创建了一个ZookeeperLockUtil类，可以通过该类获取锁和释放锁。

下面是一个简单的测试类，展示使用ZookeeperLockUtil类获取锁的过程：

public class ZookeeperLockTest {
    public static void main(String[] args) throws KeeperException, InterruptedException, IOException {
        String zkUrl = "localhost:2181";
        String lockPath = "/locks";

        ZookeeperLockUtil lockUtil1 = new ZookeeperLockUtil(zkUrl, lockPath, "lock1");
        ZookeeperLockUtil lockUtil2 = new ZookeeperLockUtil(zkUrl, lockPath, "lock2");

        // 获取锁1
        boolean locked1 = lockUtil1.acquire();
        if (locked1) {
            System.out.println("process1 get lock");
            Thread.sleep(5000); // 模拟业务逻辑
        }

        // 获取锁2
        boolean locked2 = lockUtil2.acquire();
        if (locked2) {
            System.out.println("process2 get lock");
            Thread.sleep(5000); // 模拟业务逻辑
        }

        // 释放锁1
        lockUtil1.release();

        // 释放锁2
        lockUtil2.release();
    }
}

上述代码模拟了两个进程竞争锁的过程，其中锁1先被获取，锁2进入等待状态，等锁1被释放后锁2再被获取。

示例2：使用Curator实现分布式锁

还可以使用Curator库实现分布式锁，Curator封装了上一个示例的实现，使用更加方便。

下面是使用Curator实现分布式锁的示例：

public class CuratorLockUtil {
    private String zkUrl;
    private DistributedLock lock;

    public CuratorLockUtil(String zkUrl, String lockPath) {
        this.zkUrl = zkUrl;
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(zkUrl, new RetryNTimes(10, 5000));
        client.start();
        lock = new DistributedLock(client, lockPath);
    }

    public boolean acquire(long timeout, TimeUnit unit) throws Exception {
        return lock.acquire(timeout, unit);
    }

    public void release() throws Exception {
        lock.release();
    }
}

使用Curator库可以更加方便地获取锁和释放锁，下面是一个简单的测试类，展示使用CuratorLockUtil类获取锁的过程：

public class CuratorLockTest {
    public static void main(String[] args) throws KeeperException, InterruptedException, IOException {
        String zkUrl = "localhost:2181";
        String lockPath = "/locks";

        CuratorLockUtil lockUtil1 = new CuratorLockUtil(zkUrl, lockPath);
        CuratorLockUtil lockUtil2 = new CuratorLockUtil(zkUrl, lockPath);

        // 获取锁1
        boolean locked1 = lockUtil1.acquire(10, TimeUnit.SECONDS);
        if (locked1) {
            System.out.println("process1 get lock");
            Thread.sleep(5000); // 模拟业务逻辑
        }

        // 获取锁2
        boolean locked2 = lockUtil2.acquire(10, TimeUnit.SECONDS);
        if (locked2) {
            System.out.println("process2 get lock");
            Thread.sleep(5000); // 模拟业务逻辑
        }

        // 释放锁1
        lockUtil1.release();

        // 释放锁2
        lockUtil2.release();
    }
}

该示例与上述手动实现类似，使用Curator库更加方便，可以设置超时时间等参数。