分析ZooKeeper分布式锁的实现

• 二、zookeeper实现分布式锁

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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