一、zookeeper简介
Zookeeper是一种分布式开源框架,它可以为分布式应用程序提供协调服务。简单来说,它是一种用于分布式锁实现的工具,从而实现分布式应用程序的协调与管理。Zookeeper提供了一个基于类似文件系统的层次结构来存储和管理数据的接口。锁定机制是Zookeeper最常见的用例之一。
二、分布式锁的应用场景
在分布式系统中,多个应用程序需要同时访问共享资源,同时对于这些共享资源,需要保证一些原子性,从而避免并发问题。分布式锁就可以用来实现这种保证原子性的需求,具体场景如下:
1、分布式缓存:避免缓存击穿和雪崩
2、分布式计数器:避免多节点重复累加
3、分布式任务调度:避免重复执行
三、zookeeper分布式锁的实现原理
zookeeper分布式锁的实现原理主要是通过ZooKeeper的临时节点来实现。一个ZooKeeper节点可以为它所有的子节点设置一个版本号(version)。在创建临时节点时,如果这个节点存在,则它的子节点被称为被“抢占”节点。
对于一个临时节点,它的版本号就是它的zxid,可以通过getChildren或getData两个API访问它所有Byte格式的信息。我们可以利用zxid以及节点的特性,结合原子操作(CAS)来实现分布式锁的互斥。也就是说,每一个获取锁的客户端都在ZooKeeper的某个目录下创建一个临时节点,并将此节点的名称做为锁的名称,每一次加锁都是创建这个临时节点。只有创建该节点的客户端才能请求释放操作,同时,其他客户端在该节点上获取锁时对操作进行阻塞。
public class ZookeeperLock { private final String lockPath = "/testLock"; private ZooKeeper zooKeeper; public ZookeeperLock(String connectString) { CountDownLatch connectedSignal = new CountDownLatch(1); try { zooKeeper = new ZooKeeper(connectString, 20000, event -> { if (event.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) { connectedSignal.countDown(); } }); } catch (IOException e) { throw new RuntimeException("Failed to connect to ZooKeeper", e); } try { connectedSignal.await(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); throw new RuntimeException(e); } try { if (zooKeeper.exists(lockPath, false) == null) { zooKeeper.create(lockPath, new byte[]{}, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT); } } catch (InterruptedException | KeeperException e) { throw new RuntimeException("Failed to create lock path in ZooKeeper", e); } } public boolean acquireLock() { String lockPath = null; try { lockPath = zooKeeper.create(this.lockPath + "/", new byte[]{}, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL); Listchildren = zooKeeper.getChildren(this.lockPath, false); Collections.sort(children); String smallest = children.get(0); String prefix = lockPath.replace(this.lockPath + "/", ""); if (smallest.equals(prefix)) { return true; } String previous = null; for (String child : children) { if (child.equals(prefix)) { break; } previous = child; } if (previous == null) { return false; } zooKeeper.exists(this.lockPath + "/" + previous, true); synchronized (zooKeeper) { zooKeeper.wait(); } return true; } catch (InterruptedException | KeeperException e) { throw new RuntimeException("Failed to acquire lock in ZooKeeper", e); } finally { try { if (lockPath != null) { zooKeeper.delete(lockPath, -1); } } catch (InterruptedException | KeeperException e) { throw new RuntimeException("Failed to release lock in ZooKeeper", e); } } } public void releaseLock() { synchronized (zooKeeper) { zooKeeper.notifyAll(); } } }
四、zookeeper分布式锁的优化
1、减少锁的争抢
对于Zookeeper来说,如果有很多的线程同时申请锁,或许会导致ZooKeeper网络负担过大,这时候我们可以尝试减少对锁的争抢。具体的方法可以是把任务分发到不同的三级节点下,这样就能减小锁竞争的范围。或是使用读写锁等优化手段。
2、优化watcher机制
在ZooKeeper的临时节点上,客户端注册的Watcher的默认行为是一次性的,当发生事件时,这个Watcher将失效,因此需要在Watcher中反复注册。这种方式在锁争抢较为频繁的场景下,会带来大量的性能损耗。可以考虑使用重复注册 persistent watch。
五、总结
本文主要介绍了分布式锁的概念和其在Zookeeper框架下的应用,以及Zookeeper分布式锁的实现原理和优化方式。对于分布式应用程序的协调和管理,Zookeeper分布式锁是一种非常有效的工具。在实际应用中,需要根据具体情况来进行优化和选择合适的锁机制,才能最大化地发挥Zookeeper分布式锁的作用。