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大数据技术之Zookeeper实现分布式锁（5）

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分布式锁案例

1. 创建锁节点

2. 获取锁

3. 释放锁

4. 锁自动释放

示例代码

分布式锁测试

测试环境准备

测试步骤

示例代码

Client1.java

Client2.java

运行测试

Curator 框架实现分布式锁案例 

步骤 1: 添加依赖

步骤 2: 创建 CuratorFramework 实例

步骤 3: 实现分布式锁

说明

运行示例

注意事项

分布式锁案例

Zookeeper 是一个分布式的协调服务，它能够提供一系列的基础服务，比如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理等。其中，分布式锁是 Zookeeper 应用场景中的一个重要功能，可以用来解决分布式系统中多进程之间的互斥访问问题。

下面是一个简单的使用原生 Zookeeper 实现分布式锁的步骤概述：

1. 创建锁节点

首先，在 Zookeeper 中创建一个持久化的父节点（例如/distributed-lock），用于保存所有的锁节点。

2. 获取锁

当一个客户端想要获取锁时，需要执行以下操作：

  • 在/distributed-lock下创建一个临时有序节点，例如/distributed-lock/lock-0000000001。
  • 列出父节点的所有子节点，并根据序号进行排序。
  • 检查创建的子节点是否是最小的一个，如果是，则获取锁成功；如果不是，则找到序号比当前节点小的最近的那个节点，并对该节点添加监听器。

3. 释放锁

当客户端不再需要锁时，只需要删除之前创建的临时节点即可释放锁。

4. 锁自动释放

由于锁节点是临时节点，所以当客户端与 Zookeeper 服务器的会话结束时，锁也会自动释放。

示例代码

这里给出一个简化版的 Java 代码示例，假设已经有一个 ZooKeeper 客户端实例 zooKeeper：

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class DistributedLockExample {

    private static final String LOCK_PATH = "/distributed-lock";
    private static final String CLIENT_ID = "Client1";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper("localhost:2181", 5000, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println("Received event: " + event);
                if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted && event.getPath().equals(lockNodePath)) {
                    latch.countDown();
                }
            }
        });

        // 创建锁路径
        Stat stat = zooKeeper.exists(LOCK_PATH, false);
        if (stat == null) {
            zooKeeper.create(LOCK_PATH, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
        }

        // 尝试获取锁
        String lockNodePath = zooKeeper.create(LOCK_PATH + "/lock-", new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

        List<String> children = zooKeeper.getChildren(LOCK_PATH, true);
        Collections.sort(children);

        boolean isLocked = false;
        for (String child : children) {
            if (lockNodePath.endsWith(child)) {
                if (children.indexOf(child) == 0) {
                    isLocked = true;
                    break;
                } else {
                    String prevChild = children.get(children.indexOf(child) - 1);
                    String prevNodePath = LOCK_PATH + "/" + prevChild;
                    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
                    zooKeeper.exists(prevNodePath, event -> {
                        if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {
                            latch.countDown();
                        }
                    });
                    latch.await();
                    isLocked = true;
                    break;
                }
            }
        }

        if (isLocked) {
            System.out.println(CLIENT_ID + " acquired the lock");
            // 执行需要锁定的操作
            Thread.sleep(5000); // 模拟长时间运行的任务
        } else {
            System.out.println(CLIENT_ID + " failed to acquire the lock");
        }

        // 释放锁
        zooKeeper.delete(lockNodePath, -1);

        zooKeeper.close();
    }

这个示例中，我们使用了 ZooKeeper 的客户端 API 来创建锁节点，并通过监听前一个节点的状态来等待锁的释放。

分布式锁测试

为了测试分布式锁的有效性，你需要设置多个客户端同时尝试获取锁，并观察它们的行为是否符合预期。下面是一个简单的测试方案：

测试环境准备

  1. 启动 Zookeeper 服务：确保有一个可用的 Zookeeper 服务器。
  2. 编写客户端程序：根据上一个回答中提供的示例代码，你可以编写多个客户端程序，每个程序都试图获取相同的锁。

测试步骤

  1. 启动多个客户端：同时启动多个客户端程序，每个客户端都尝试获取同一个锁。
  2. 检查锁的获取情况：观察哪些客户端获得了锁，哪些客户端没有获得锁，并且等待其他客户端释放锁。
  3. 检查锁的释放情况：当持有锁的客户端完成任务后，它应该释放锁，然后观察下一个等待的客户端是否能够成功获取锁。
  4. 重复上述过程：多次执行上述步骤，以确保分布式锁机制的稳定性和可靠性。

示例代码

基于上一个回答中的示例代码，你可以创建两个或更多的客户端来模拟并发获取锁的情况。这里是一个简单的示例，展示如何编写两个客户端程序来测试分布式锁。

Client1.java
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Client1 implements Runnable {

    private final ZooKeeper zooKeeper;
    private final String lockPath;

    public Client1(ZooKeeper zooKeeper, String lockPath) throws InterruptedException, KeeperException {
        this.zooKeeper = zooKeeper;
        this.lockPath = lockPath;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 创建锁路径
            Stat stat = zooKeeper.exists(lockPath, false);
            if (stat == null) {
                zooKeeper.create(lockPath, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            }

            // 尝试获取锁
            String lockNodePath = zooKeeper.create(lockPath + "/lock-", new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

            List<String> children = zooKeeper.getChildren(lockPath, true);
            Collections.sort(children);

            boolean isLocked = false;
            for (String child : children) {
                if (lockNodePath.endsWith(child)) {
                    if (children.indexOf(child) == 0) {
                        isLocked = true;
                        break;
                    } else {
                        String prevChild = children.get(children.indexOf(child) - 1);
                        String prevNodePath = lockPath + "/" + prevChild;
                        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
                        zooKeeper.exists(prevNodePath, event -> {
                            if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {
                                latch.countDown();
                            }
                        });
                        latch.await();
                        isLocked = true;
                        break;
                    }
                }
            }

            if (isLocked) {
                System.out.println("Client1 acquired the lock");
                // 执行需要锁定的操作
                Thread.sleep(5000); // 模拟长时间运行的任务
            } else {
                System.out.println("Client1 failed to acquire the lock");
            }

            // 释放锁
            zooKeeper.delete(lockNodePath, -1);

            zooKeeper.close();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper("localhost:2181", 5000, event -> {
            System.out.println("Received event: " + event);
        });
        Client1 client = new Client1(zooKeeper, "/distributed-lock");
        Thread thread = new Thread(client);
        thread.start();
    }
}
Client2.java
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Client2 implements Runnable {

    private final ZooKeeper zooKeeper;
    private final String lockPath;

    public Client2(ZooKeeper zooKeeper, String lockPath) throws InterruptedException, KeeperException {
        this.zooKeeper = zooKeeper;
        this.lockPath = lockPath;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 创建锁路径
            Stat stat = zooKeeper.exists(lockPath, false);
            if (stat == null) {
                zooKeeper.create(lockPath, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            }

            // 尝试获取锁
            String lockNodePath = zooKeeper.create(lockPath + "/lock-", new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

            List<String> children = zooKeeper.getChildren(lockPath, true);
            Collections.sort(children);

            boolean isLocked = false;
            for (String child : children) {
                if (lockNodePath.endsWith(child)) {
                    if (children.indexOf(child) == 0) {
                        isLocked = true;
                        break;
                    } else {
                        String prevChild = children.get(children.indexOf(child) - 1);
                        String prevNodePath = lockPath + "/" + prevChild;
                        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
                        zooKeeper.exists(prevNodePath, event -> {
                            if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {
                                latch.countDown();
                            }
                        });
                        latch.await();
                        isLocked = true;
                        break;
                    }
                }
            }

            if (isLocked) {
                System.out.println("Client2 acquired the lock");
                // 执行需要锁定的操作
                Thread.sleep(5000); // 模拟长时间运行的任务
            } else {
                System.out.println("Client2 failed to acquire the lock");
            }

            // 释放锁
            zooKeeper.delete(lockNodePath, -1);

            zooKeeper.close();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper("localhost:2181", 5000, event -> {
            System.out.println("Received event: " + event);
        });
        Client2 client = new Client2(zooKeeper, "/distributed-lock");
        Thread thread = new Thread(client);
        thread.start();
    }
}

运行测试

  1. 启动 Zookeeper 服务器。
  2. 分别运行 Client1 和 Client2 程序。
  3. 观察输出结果，确认只有一个客户端能够成功获取锁，并且在执行完任务后正确释放锁。

Curator 框架实现分布式锁案例 

Curator 是一个 Apache ZooKeeper 的高级 Java 客户端库，它提供了许多简化 ZooKeeper 使用的工具类和框架。Curator 提供了一个非常方便的方式来实现分布式锁，其中包括了 InterProcessMutex 类，这是一个高级的分布式锁实现。

下面是一个使用 Curator 框架实现的分布式锁示例：

步骤 1: 添加依赖

首先，你需要在你的项目中添加 Curator 的依赖。如果你使用 Maven，可以在 pom.xml 文件中添加如下依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-framework</artifactId>
        <version>5.2.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-recipes</artifactId>
        <version>5.2.0</version>
    </dependency>
</dependencies

步骤 2: 创建 CuratorFramework 实例

接下来，我们需要创建一个 CuratorFramework 实例，这是 Curator 的主要入口点。

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;

public class CuratorDistributedLockExample {

    private static final String CONNECT_STRING = "localhost:2181";
    private static final int SESSION_TIMEOUT_MS = 5000;
    private static final int CONNECTION_TIMEOUT_MS = 3000;

    private CuratorFramework client;

    public CuratorDistributedLockExample() {
        ExponentialBackoffRetry retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
        client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString(CONNECT_STRING)
                .sessionTimeoutMs(SESSION_TIMEOUT_MS)
                .connectionTimeoutMs(CONNECTION_TIMEOUT_MS)
                .retryPolicy(retryPolicy)
                .namespace("locks") // 可选，指定命名空间
                .build();
        client.start();
    }

    public void close() throws Exception {
        if (client != null) {
            client.close();
        }
    }
}

步骤 3: 实现分布式锁

现在我们可以使用 Curator 提供的 InterProcessMutex 类来实现分布式锁。

import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;

public class CuratorDistributedLockExample extends CuratorDistributedLockExample {

    private InterProcessMutex lock;
    private final String lockPath = "/distributed-lock";

    public CuratorDistributedLockExample() {
        super();
        lock = new InterProcessMutex(client, lockPath);
    }

    public void acquireLock() throws Exception {
        System.out.println("Client is trying to acquire the lock...");
        lock.acquire();
        System.out.println("Client acquired the lock.");
    }

    public void releaseLock() throws Exception {
        lock.release();
        System.out.println("Client released the lock.");
    }

    public void doWorkWithLock() throws Exception {
        acquireLock();
        try {
            System.out.println("Doing work with the lock...");
            Thread.sleep(5000); // 模拟执行一些耗时操作
        } finally {
            releaseLock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CuratorDistributedLockExample example = new CuratorDistributedLockExample();
        example.doWorkWithLock();
        example.close();
    }
}

说明

  • InterProcessMutex：这是 Curator 提供的一个分布式锁实现。
  • acquireLock 方法：尝试获取锁。
  • releaseLock 方法：释放锁。
  • doWorkWithLock 方法：在这个方法中，我们尝试获取锁，执行一些操作，然后释放锁。

运行示例

你可以运行上面的 main 方法来测试分布式锁的功能。你也可以创建多个 CuratorDistributedLockExample 实例来模拟并发获取锁的情况。

注意事项

  • 确保你的 ZooKeeper 服务器正在运行。
  • 如果你使用的是不同的 ZooKeeper 配置（如连接字符串），请相应地修改 CONNECT_STRING 和其他配置参数。
  • 如果你想测试多个客户端同时尝试获取锁的情况，可以在不同的 JVM 或线程中启动多个 CuratorDistributedLockExample 实例。

 

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