分布式锁：Zookeeper 实现原理与实战——公平锁与可重入锁
在分布式系统中，为了保证数据的一致性和系统的稳定性，分布式锁是一种常用的同步机制。Zookeeper 作为一种高性能的分布式协调服务，提供了强大的分布式锁实现。本文将围绕 Zookeeper 的分布式锁，深入探讨公平锁和可重入锁的实现原理，并通过实战案例展示如何使用 Zookeeper 实现这两种锁。
一、分布式锁概述
分布式锁是一种在分布式系统中保证数据一致性的同步机制。它允许多个进程或线程在分布式环境中对同一资源进行互斥访问。Zookeeper 分布式锁通过在 Zookeeper 集群中创建临时顺序节点来实现。
二、Zookeeper 分布式锁实现原理
Zookeeper 分布式锁的实现主要依赖于以下三个步骤：
1. 创建锁节点：客户端在 Zookeeper 集群中创建一个临时顺序节点，节点名为锁的名称加上一个自增的序列号。
2. 等待锁：客户端获取该顺序节点的所有子节点列表，并判断自己创建的节点是否为列表中的第一个节点。如果是，则获取锁；如果不是，则监听前一个节点的删除事件，等待前一个节点被删除后再次尝试获取锁。
3. 释放锁：客户端在完成操作后，删除自己创建的临时顺序节点，释放锁。
三、公平锁与可重入锁
3.1 公平锁
公平锁确保按照请求锁的顺序来获取锁，即先到先得。在 Zookeeper 中，实现公平锁的关键在于创建临时顺序节点时，节点名的序列号是按照请求顺序递增的。
以下是一个使用 Zookeeper 实现公平锁的示例代码：
java
public class FairLock {
private CuratorFramework client;
private String lockPath;
public FairLock(CuratorFramework client, String lockPath) {
this.client = client;
this.lockPath = lockPath;
}
public void lock() throws Exception {
// 创建临时顺序节点
String lockNode = client.create().creatingParentsIfNeeded().withMode(CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL).forPath(lockPath, new byte[0]).toString();
// 获取所有子节点列表
List<String> children = client.getChildren().forPath(lockPath);
// 判断是否为第一个节点
if (children.indexOf(lockNode) == 0) {
// 获取锁
System.out.println("Lock acquired by " + Thread.currentThread().getName());
} else {
// 等待前一个节点被删除
String prevNode = children.get(children.indexOf(lockNode) - 1);
// 监听前一个节点
client.getData().watching().forPath(prevNode).addListener((client1, event) -> {
try {
lock();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
public void unlock() throws Exception {
// 删除临时顺序节点
client.delete().forPath(lockPath);
}
}
3.2 可重入锁
可重入锁允许同一个线程在持有锁的情况下再次获取锁。在 Zookeeper 中，实现可重入锁的关键在于记录当前线程获取锁的次数。
以下是一个使用 Zookeeper 实现可重入锁的示例代码：
java
public class ReentrantLock {
private CuratorFramework client;
private String lockPath;
private int count;
public ReentrantLock(CuratorFramework client, String lockPath) {
this.client = client;
this.lockPath = lockPath;
this.count = 0;
}
public void lock() throws Exception {
// 创建临时顺序节点
String lockNode = client.create().creatingParentsIfNeeded().withMode(CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL).forPath(lockPath, new byte[0]).toString();
// 获取所有子节点列表
List<String> children = client.getChildren().forPath(lockPath);
// 判断是否为第一个节点
if (children.indexOf(lockNode) == 0) {
// 获取锁
System.out.println("Lock acquired by " + Thread.currentThread().getName());
count++;
} else {
// 等待前一个节点被删除
String prevNode = children.get(children.indexOf(lockNode) - 1);
// 监听前一个节点
client.getData().watching().forPath(prevNode).addListener((client1, event) -> {
try {
lock();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
public void unlock() throws Exception {
if (count > 0) {
count--;
if (count == 0) {
// 删除临时顺序节点
client.delete().forPath(lockPath);
}
}
}
}
四、实战案例
以下是一个使用 Zookeeper 实现分布式锁的实战案例：
java
public class DistributedLockDemo {
public static void main(String[] args) {
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("localhost:2181", new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
client.start();
FairLock fairLock = new FairLock(client, "/fairLock");
ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(client, "/reentrantLock");
// 获取公平锁
fairLock.lock();
try {
// 执行业务逻辑
System.out.println("Fair lock acquired by " + Thread.currentThread().getName());
} finally {
fairLock.unlock();
}
// 获取可重入锁
reentrantLock.lock();
try {
// 执行业务逻辑
System.out.println("Reentrant lock acquired by " + Thread.currentThread().getName());
} finally {
reentrantLock.unlock();
}
client.close();
}
}
五、总结
本文深入探讨了 Zookeeper 分布式锁的实现原理，并通过公平锁和可重入锁的示例代码展示了如何使用 Zookeeper 实现分布式锁。在实际应用中，根据业务需求选择合适的锁类型，可以有效保证分布式系统的数据一致性和稳定性。
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