ZooKeeper 分布式锁服务

电玩女神 2022-06-05 03:45 211阅读 0赞

分布式锁服务在大家的项目中或许用的不多，因为大家都把排他放在数据库那一层来挡。当大量的行锁、表锁、事务充斥着数据库的时候。一般web应用很多的瓶颈都在数据库上，这里给大家介绍的是减轻数据库锁负担的一种方案,使用zookeeper分布式锁服务。

zookeeper是hadoop下面的一个子项目, 用来协调跟hadoop相关的一些分布式的框架, 如hadoop, hive, pig等, 其实他们都是动物, 所以叫zookeeper ——“动物园管理员”。动物园里当然有好多的动物，游客可以根据动物园提供的向导图到不同的场馆观赏各种类型的动物，而不是像走在原始丛林里，心惊胆颤的被动物所观赏。为了让各种不同的动物呆在它们应该呆的地方，而不是相互串门，或是相互厮杀，就需要动物园管理员按照动物的各种习性加以分类和管理，这样我们才能更加放心安全的观赏动物。回到我们企业级应用系统中，随着信息化水平的不断提高，我们的企业级系统变得越来越庞大臃肿，性能急剧下降，客户抱怨频频。拆分系统是目前我们可选择的解决系统可伸缩性和性能问题的唯一行之有效的方法。但是拆分系统同时也带来了系统的复杂性——各子系统不是孤立存在的，它们彼此之间需要协作和交互，这就是我们常说的分布式系统。各个子系统就好比动物园里的动物，为了使各个子系统能正常为用户提供统一的服务，必须需要一种机制来进行协调——这就是ZooKeeper——动物园管理员。

ZooKeeper本质上是一个分布式的小文件存储系统。原本是Apache Hadoop的一个组件，现在被拆分为一个Hadoop的独立子项目，在HBase（Hadoop的另外一个被拆分出来的子项目，用于分布式环境下的超大数据量的DBMS）中也用到了ZooKeeper集群。ZooKeeper有如下的特性：

1） 简单

ZooKeeper核心是一个精简的文件系统，它提供了一些简单的文件操作以及附加的功能，例如排序和通知。

2） 易表达

ZooKeeper的数据结构原型是一棵znode树（类似Linux的文件系统），并且它们是一些已经被构建好的块，可以用来构建大型的协作数据结构和协议。

3） 高可用性

ZooKeeper可以运行在一组服务器上，同时它们被设计成高可用性，为你的应用程序避免单点故障。

4） 松耦合交互

ZooKeeper提供的Watcher机制使得各客户端与服务器的交互变得松耦合，每个客户端无需知晓其他客户端的存在，就可以和其他客户端进行数据交互。

5） 丰富的API

ZooKeeper为开发人员提供了一套丰富的API，减轻了开发人员编写通用协议的负担。

zookeeper其实是集群中每个节点都维护着一棵相同的树, 树的结构跟linux的目录结构的概念差不多, 以/为跟节点, 下边可以扩展任意的节点和叶子节点, 每个节点都可以写入数据. 基于zookeeper的分布式锁的实现, 其实是得益于zookeeper同步文件的强大性, 我们相信每时每刻我们访问zookeeper的树时, 相同节点返回的数据都是一致的. 这要靠zookeeper内部的一些算法来实现. 特别是leader的选举算法。

官方文档：[http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/zookeeperOver.html\#ch\_DesignOverview][http_zookeeper.apache.org_doc_r3.3.2_zookeeperOver.html_ch_DesignOverview]

下载：[http://zookeeper.apache.org/releases.html][http_zookeeper.apache.org_releases.html]

Zookeeper集群的每个节点的数据都是一致的，那么我们可以通过这些节点来作为锁的标志

首先给锁设置一下API，至少要包含lock(加锁)，unlock(解锁)，isLocked(判断是否锁住)三个方法，之后可以创建一个工厂(LockFactory)，用来生产锁

前提:每个锁都需要一个路径来指定(如:/geffzhang/lock)

1.  根据指定的路径, 查找zookeeper集群下的这个节点是否存在.(说明已经有锁了)
2.  如果存在, 根据查询者的一些特征数据(如ip地址/hostname), 当前的锁是不是查询者的
3.  如果不是查询者的锁, 则返回null, 说明创建锁失败
4.  如果是查询者的锁, 则把这个锁返回给查询者
5.  如果这个节点不存在, 说明当前没有锁, 那么创建一个临时节点, 并将查询者的特征信息写入这个节点的数据中, 然后返回这个锁.

根据以上5个步骤可以创建一个分布式的锁。

创建的锁有三种状态：

1.  创建失败(null)，说明该锁已经被其他查询者使用了
2.  创建成功，但是当前没有锁住，可以使用
3.  创建成果，但是已经锁住，不可以再继续加锁

具体代码实现：

package org.jiacheo.zkdl.lock;
 
 import java.net.InetAddress;
 import java.net.UnknownHostException;
 
 import org.apache.zookeeper.KeeperException;
 import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
 import org.apache.zookeeper.data.Stat;
 
 /** * 类名：Lock * * 类描述： * * 创建人：jiacheo * 创建时间：2011-1-27 上午01:30:25 * @version 2011-1-27 * */
 public class Lock { 
 private String path;
 private ZooKeeper zooKeeper;
 public Lock(String path){
 this.path = path;
 }
 
 /** * * 方法描述: 上锁 lock it * * 创建人：jiacheo * 创建时间：2011-1-27 上午01:30:50 * @throws Exception */
 public synchronized void lock() throws Exception{
 Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
 String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+":lock";
 zooKeeper.setData(path, data.getBytes(), stat.getVersion());
 }
 
 /** * * 方法描述：开锁 unlock it * * 创建人：jiacheo * 创建时间：2011-1-27 上午01:31:20 * @throws Exception */
 public synchronized void unLock() throws Exception{
 Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
 String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+":unlock";
 zooKeeper.setData(path, data.getBytes(), stat.getVersion());
 }
 
 /** * * 方法描述：是否锁住了, isLocked? * * 创建人：jiacheo * 创建时间：2011-1-27 上午01:31:43 * @return */
 public synchronized boolean isLock(){
 try {
 Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
 String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+":lock";
 String nodeData = new String(zooKeeper.getData(path, true, stat));
 if(data.equals(nodeData)){
 // lock = true;
 return true;
 }
 } catch (UnknownHostException e) {
 // ignore it
 } catch (KeeperException e) {
 //TODO use log system and throw a new exception
 } catch (InterruptedException e) {
 // TODO use log system and throw a new exception
 }
 return false;
 }
 
 public String getPath() {
 return path;
 }
 
 public void setPath(String path) {
 this.path = path;
 }
 
 public void setZooKeeper(ZooKeeper zooKeeper) {
 this.zooKeeper = zooKeeper;
 }
 
 
 }

package org.jiacheo.zkdl.lock;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.InetAddress;
    import java.util.Collections;
    
    import org.apache.zookeeper.CreateMode;
    import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
    import org.apache.zookeeper.Watcher;
    import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
    import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
    import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Perms;
    import org.apache.zookeeper.data.ACL;
    import org.apache.zookeeper.data.Stat;
    
    public class LockFactory { 
    
        public static final ZooKeeper DEFAULT_ZOOKEEPER = getDefaultZookeeper();
        //data格式: ip:stat 如: 10.232.35.70:lock 10.232.35.70:unlock
        public static synchronized Lock getLock(String path,String ip) throws Exception{
            if(DEFAULT_ZOOKEEPER != null){
                Stat stat = null;
                try{
                    stat = DEFAULT_ZOOKEEPER.exists(path, true);
                }catch (Exception e) {
                    // TODO: use log system and throw new exception
                }
                if(stat!=null){
                    byte[] data = DEFAULT_ZOOKEEPER.getData(path, null, stat);
                    String dataStr = new String(data);
                    String[] ipv = dataStr.split(":");
                    if(ip.equals(ipv[0])){
                        Lock lock = new Lock(path);
                        lock.setZooKeeper(DEFAULT_ZOOKEEPER);
                        return lock;
                    }
                    //is not your lock, return null
                    else{
                        return null;
                    }
                }
                //no lock created yet, you can get it
                else{
                    createZnode(path);
                    Lock lock = new Lock(path);
                    lock.setZooKeeper(DEFAULT_ZOOKEEPER);
                    return lock;
                }
            }
            return null;
        }
    
        private static ZooKeeper getDefaultZookeeper() {
            try {
                ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper("10.232.35.72", 10*1000, new Watcher(){
                    public void process(WatchedEvent event) {
                        //节点的事件处理. you can do something when the node's data change
    // System.out.println("event " + event.getType() + " has happened!");
                    }
                });
                return zooKeeper;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    
        private static void createZnode(String path) throws Exception{
    
            if(DEFAULT_ZOOKEEPER!=null){
                InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
                String data = address.getHostAddress()+":unlock";
                DEFAULT_ZOOKEEPER.create(path, data.getBytes(),Collections.singletonList(new ACL(Perms.ALL,Ids.ANYONE_ID_UNSAFE)) , CreateMode.EPHEMERAL);
            }
        }
    }

[http_zookeeper.apache.org_doc_r3.3.2_zookeeperOver.html_ch_DesignOverview]: http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/zookeeperOver.html#ch_DesignOverview
[http_zookeeper.apache.org_releases.html]: http://zookeeper.apache.org/releases.html