分析ZooKeeper分布式锁的实现
目录
- 一、分布式锁方案比较
- 二、ZooKeeper实现分布式锁
- 2.1、方案一
- 2.2、方案二
一、分布式锁方案比较
方案 | 实现思路 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|
利用 MySQL 的实现方案 | 利用数据库自身提供的锁机制实现,要求数据库支持行级锁 | 实现简单 | 性能差,无法适应高并发场景;容易出现死锁的情况;无法优雅的实现阻塞式锁 |
利用 Redis 的实现方案 | 使用 Setnx 和 lua 脚本机制实现,保证对缓存操作序列的原子性 | 性能好 | 实现相对复杂,有可能出现死锁;无法优雅的实现阻塞式锁 |
利用 ZooKeeper 的实现方案 | 基于 ZooKeeper 节点特性及 watch 机制实现 | 性能好,稳定可靠性高,能较好地实现阻塞式锁 | 实现相对复杂 |
二、ZooKeeper实现分布式锁
这里使用 ZooKeeper 来实现分布式锁,以50个并发请求来获取订单编号为例,描述两种方案,第一种为基础实现,第二种在第一种基础上进行了优化。
2.1、方案一
流程描述:
具体代码:
OrderNumGenerator:
/** * @Description 生成随机订单号 */ public class OrderNumGenerator { private static long count = 0; /** * 使用日期加数值拼接成订单号 */ public String getOrderNumber() throws Exception { String date = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMddHHmmss").format(LocalDateTime.now()); String number = new DecimalFormat("000000").format(count++); return date + number; } }
Lock:
/** * @Description 自定义锁接口 */ public interface Lock { /** * 获取锁 */ public void getLock(); /** * 释放锁 */ public void unLock(); }
AbstractLock:
/** * @Description 定义一个模板,具体的方法由子类来实现 */ public abstract class AbstractLock implements Lock { /** * 获取锁 */ @Override public void getLock() { if (tryLock()) { System.out.println("--------获取到了自定义Lock锁的资源--------"); } else { // 没拿到锁则阻塞,等待拿锁 waitLock(); getLock(); } } /** * 尝试获取锁,如果拿到了锁返回true,没有拿到则返回false */ public abstract boolean tryLock(); /** * 阻塞,等待获取锁 */ public abstract void waitLock(); }
ZooKeeperAbstractLock:
/** * @Description 定义需要的服务连接 */ public abstract class ZooKeeperAbstractLock extends AbstractLock { private static final String SERVER_ADDR = "192.168.182.130:2181,192.168.182.131:2181,192.168.182.132:2181"; protected ZkClient zkClient = new ZkClient(SERVER_ADDR); protected static final String PATH = "/lock"; }
ZooKeeperDistrbuteLock:
/** * @Description 真正实现锁的细节 */ public class ZooKeeperDistrbuteLock extends ZooKeeperAbstractLock { private CountDownLatch countDownLatch = null; /** * 尝试拿锁 */ @Override public boolean tryLock() { try { // 创建临时节点 zkClient.createEphemeral(PATH); return true; } catch (Exception e) { // 创建失败报异常 return false; } } /** * 阻塞,等待获取锁 */ @Override public void waitLock() { // 创建监听 IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() { @Override public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception { } @Override public void handleDataDeleted(String s) throws Exception { // 释放锁,删除节点时唤醒等待的线程 if (countDownLatch != null) { countDownLatch.countDown(); } } }; // 注册监听 zkClient.subscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener); // 节点存在时,等待节点删除唤醒 if (zkClient.exists(PATH)) { countDownLatch = new CountDownLatch(1); try { countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 删除监听 zkClient.unsubscribeDataChanges(PATH, iZkDataListener); } /** * 释放锁 */ @Override public void unLock() { if (zkClient != null) { System.out.println("释放锁资源"); zkClient.delete(PATH); zkClient.close(); } } }
测试效果:使用50个线程来并发测试ZooKeeper实现的分布式锁
/** * @Description 使用50个线程来并发测试ZooKeeper实现的分布式锁 */ public class OrderService { private static class OrderNumGeneratorService implements Runnable { private OrderNumGenerator orderNumGenerator = new OrderNumGenerator();; private Lock lock = new ZooKeeperDistrbuteLock(); @Override public void run() { lock.getLock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", 生成订单编号:" + orderNumGenerator.getOrderNumber()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unLock(); } } } public static void main(String[] args) { System.out.println("----------生成唯一订单号----------"); for (int i = 0; i < 50; i++) { new Thread(new OrderNumGeneratorService()).start(); } } }
2.2、方案二
方案二在方案一的基础上进行优化,避免产生“羊群效应”,方案一一旦临时节点删除,释放锁,那么其他在监听这个节点变化的线程,就会去竞争锁,同时访问 ZooKeeper,那么怎么更好的避免各线程的竞争现象呢,就是使用临时顺序节点,临时顺序节点排序,每个临时顺序节点只监听它本身的前一个节点变化。
流程描述:
具体代码
具体只需要将方案一中的 ZooKeeperDistrbuteLock 改变,增加一个 ZooKeeperDistrbuteLock2,测试代码中使用 ZooKeeperDistrbuteLock2 即可测试,其他代码都不需要改变。
/** * @Description 真正实现锁的细节 */ public class ZooKeeperDistrbuteLock2 extends ZooKeeperAbstractLock { private CountDownLatch countDownLatch = null; /** * 当前请求节点的前一个节点 */ private String beforePath; /** * 当前请求的节点 */ private String currentPath; public ZooKeeperDistrbuteLock2() { if (!zkClient.exists(PATH)) { // 创建持久节点,保存临时顺序节点 zkClient.createPersistent(PATH); } } @Override public boolean tryLock() { // 如果currentPath为空则为第一次尝试拿锁,第一次拿锁赋值currentPath if (currentPath == null || currentPath.length() == 0) { // 在指定的持久节点下创建临时顺序节点 currentPath = zkClient.createEphemeralSequential(PATH + "/", "lock"); } // 获取所有临时节点并排序,例如:000044 List<String> childrenList = zkClient.getChildren(PATH); Collections.sort(childrenList); if (currentPath.equals(PATH + "/" + childrenList.get(0))) { // 如果当前节点在所有节点中排名第一则获取锁成功 return true; } else { int wz = Collections.binarySearch(childrenList, currentPath.substring(6)); beforePath = PATH + "/" + childrenList.get(wz - 1); } return false; } @Override public void waitLock() { // 创建监听 IZkDataListener iZkDataListener = new IZkDataListener() { @Override public void handleDataChange(String s, Object o) throws Exception { } @Override public void handleDataDeleted(String s) throws Exception { // 释放锁,删除节点时唤醒等待的线程 if (countDownLatch != null) { countDownLatch.countDown(); } } }; // 注册监听,这里是给排在当前节点前面的节点增加(删除数据的)监听,本质是启动另外一个线程去监听前置节点 zkClient.subscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener); // 前置节点存在时,等待前置节点删除唤醒 if (zkClient.exists(beforePath)) { countDownLatch = new CountDownLatch(1); try { countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 删除对前置节点的监听 zkClient.unsubscribeDataChanges(beforePath, iZkDataListener); } /** * 释放锁 */ @Override public void unLock() { if (zkClient != null) { System.out.println("释放锁资源"); zkClient.delete(currentPath); zkClient.close(); } } }
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