ZooKeeper实现分布式锁

ZooKeeper 节点是有生命周期的,这取决于节点的类型。在 ZooKeeper 中,节点类型可以分为持久节点(PERSISTENT )、临时节点(EPHEMERAL),以及时序节点(SEQUENTIAL ),具体在节点创建过程中,一般是组合使用,可以生成以下 4 种节点类型。

一、持久节点(PERSISTENT)

所谓持久节点,是指在节点创建后,就一直存在,直到有删除操作来主动清除这个节点——不会因为创建该节点的客户端会话失效而消失。

二、持久顺序节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL)

这类节点的基本特性和上面的节点类型是一致的。额外的特性是,在ZK中,每个父节点会为他的第一级子节点维护一份时序,会记录每个子节点创建的先后顺序。基于这个特性,在创建子节点的时候,可以设置这个属性,那么在创建节点过程中,ZK会自动为给定节点名加上一个数字后缀,作为新的节点名。这个数字后缀的范围是整型的最大值。

三、临时节点(EPHEMERAL)

和持久节点不同的是,临时节点的生命周期和客户端会话绑定。也就是说,如果客户端会话失效,那么这个节点就会自动被清除掉。注意,这里提到的是会话失效,而非连接断开。另外,在临时节点下面不能创建子节点。

四、临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)

 可以用来实现分布式锁

当很多进程需要访问共享资源时,我们可以通过zk来实现分布式锁。主要步骤是:

1.建立一个节点,假如名为:lock 。节点类型为持久节点(PERSISTENT)

2.每当进程需要访问共享资源时,会调用分布式锁的lock()或tryLock()方法获得锁,这个时候会在第一步创建的lock节点下建立相应的顺序子节点,节点类型为临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL),通过组成特定的名字name+lock+顺序号。

3.在建立子节点后,对lock下面的所有以name开头的子节点进行排序,判断刚刚建立的子节点顺序号是否是最小的节点,假如是最小节点,则获得该锁对资源进行访问。

4.假如不是该节点,就获得该节点的上一顺序节点,并给该节点是否存在注册监听事件。同时在这里阻塞。等待监听事件的发生,获得锁控制权。

5.当调用完共享资源后,调用unlock()方法,关闭zk,进而可以引发监听事件,释放该锁。

实现的分布式锁是严格的按照顺序访问的并发锁。


一、分布式锁介绍

        分布式锁主要用于在分布式环境中保护跨进程、跨主机、跨网络的共享资源实现互斥访问,以达到保证数据的一致性。

二、架构介绍

在介绍使用Zookeeper实现分布式锁之前,首先看当前的系统架构图

解释: 左边的整个区域表示一个Zookeeper集群,locker是Zookeeper的一个持久节点,node_1、node_2、node_3是locker这个持久节点下面的临时顺序节点。client_1、client_2、client_n表示多个客户端,Service表示需要互斥访问的共享资源。

三、分布式锁获取思路

 

        1.获取分布式锁的总体思路

        在获取分布式锁的时候在locker节点下创建临时顺序节点,释放锁的时候删除该临时节点。客户端调用createNode方法在locker下创建临时顺序节点,

然后调用getChildren(“locker”)来获取locker下面的所有子节点,注意此时不用设置任何Watcher。客户端获取到所有的子节点path之后,如果发现自己在之

前创建的子节点序号最小,那么就认为该客户端获取到了锁。如果发现自己创建的节点并非locker所有子节点中最小的,说明自己还没有获取到锁,

此时客户端需要找到比自己小的那个节点,然后对其调用exist()方法,同时对其注册事件监听器。之后,让这个被关注的节点删除,则客户端的Watcher会

收到相应通知,此时再次判断自己创建的节点是否是locker子节点中序号最小的,如皋是则获取到了锁,如果不是则重复以上步骤继续获取到比自己小的一个

节点并注册监听。当前这个过程中还需要许多的逻辑判断。


2.获取分布式锁的核心算法流程

        下面同个一个流程图来分析获取分布式锁的完整算法,如下:

解释:客户端A要获取分布式锁的时候首先到locker下创建一个临时顺序节点(node_n),然后立即获取locker下的所有(一级)子节点。

此时因为会有多个客户端同一时间争取锁,因此locker下的子节点数量就会大于1。对于顺序节点,特点是节点名称后面自动有一个数字编号,

先创建的节点数字编号小于后创建的,因此可以将子节点按照节点名称后缀的数字顺序从小到大排序,这样排在第一位的就是最先创建的顺序节点,

此时它就代表了最先争取到锁的客户端!此时判断最小的这个节点是否为客户端A之前创建出来的node_n,如果是则表示客户端A获取到了锁,

如果不是则表示锁已经被其它客户端获取,因此客户端A要等待它释放锁,也就是等待获取到锁的那个客户端B把自己创建的那个节点删除。

此时就通过监听比node_n次小的那个顺序节点的删除事件来知道客户端B是否已经释放了锁,如果是,此时客户端A再次获取locker下的所有子节点,

再次与自己创建的node_n节点对比,直到自己创建的node_n是locker的所有子节点中顺序号最小的,此时表示客户端A获取到了锁!

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