Zookeeper之手写一个分布式锁

前言

我之前写了一篇快速上手ZK的文章：https://blog.csdn.net/qq_38974073/article/details/135293106

本篇最要是进一步加深学习ZK，算是一次简单的实践，巩固学习成果。

设计一个分布式锁

对锁的基本要求

• 可重入：允许同一个应用内的同一个线程重复调用同一个方法；
• 阻塞：没有拿到锁的线程将进入阻塞。
• 公平的：先来先得。

实现原理

使用zk作为发号器，每个线程申请锁时会创建一个临时有序节点：

• 节点编号最小的获得锁，完成业务操作之后删除临时节点；
• 如果不是最小编号的节点，就监听前一个节点的删除事件，并进入阻塞状态，当触发回调的事件时，唤醒阻塞线程，并重新进行获取锁操作。

锁要求实现的描述：

• 可重入：对同一个线程，不用重复获取锁，重入计数+1即可；
• 阻塞：利用CountDownLatch实现，当触发回调时唤醒线程；
• 公平的：利用zk临时有序节点的特点进行排队，先到先申请锁。

问：申请到锁之后，网络中断怎么办？

• 临时节点随客户端关闭而被删除

问：如何避免羊群效应？

• 每个线程只监听前一个节点

关键流程

关键代码实现

锁的关键方法：

• 加锁：lock
• 解锁：unLock
• 尝试加锁：tryLock

public boolean lock() {
    if(Thread.currentThread().equals(thread)) {
        lockCount.incrementAndGet();
        return true;
    }
    while (true) {
        if (tryLock()) {
            thread = Thread.currentThread();
            lockCount.incrementAndGet();
            return true;
        }
        try {
            await();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

public synchronized boolean unlock() {
    if (!thread.equals(Thread.currentThread())) {
        return false;
    }
    int newLockCount = lockCount.decrementAndGet();
    if (newLockCount < 0) {
        throw new IllegalMonitorStateException("重入锁计数不可为负数" );
    }
    // 是否剩余重入次数
    if (newLockCount != 0) {
        return true;
    }
    // 到这一步，意味着lockCount已经为0，可以删除临时节点了
    try{
        if(client.isNodeExist(properties.getZkPath())) {
            client.deleteNode(lockedPathMap.get(thread));
        }
    } catch (Exception e) {
        return false;
    } finally {
        lockedPathMap.remove(thread);
        priorPathMap.remove(thread);
    }
    return true;
}

protected boolean tryLock() {
    String lockedPath = lockedPathMap.get(Thread.currentThread());
    if (null == lockedPath || !client.isNodeExist(lockedPath)) {
        lockedPathMap.put(Thread.currentThread(), lockedPath = client.createEphemeralSeqNode(getLockPrefix()));
    }

    // 取得加锁的排队编号
    String lockedShortPath = getShorPath(lockedPath);
    List<String> waiters = getWaiters();
    // 如果自己是所有等待锁中的第一个，则获得锁
    if (checkLocked(waiters, lockedShortPath)) {
        return true;
    }

    // 当前线程节点是否在排队
    int index = Collections.binarySearch(waiters, lockedShortPath);
    if(index < 0) {
        throw new NullPointerException("可能网络抖动，连接断开，临时节点失效");
    }

    // waiters最后面的节点写入map，用来监听
    priorPathMap.put(Thread.currentThread(), getLockPrefix() + waiters.get(index - 1));

    return false;
}

private boolean await() throws Exception {
    String priorPath = priorPathMap.get(Thread.currentThread());
    if (null == priorPath) {
        throw new NullPointerException("prior_path error");
    }

    final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

    // 删除事件
    Watcher w = watchedEvent -> {
        // 监测到前一个节点发生变化，接下来就可以唤起等待线程，重新尝试获取锁
        latch.countDown();
    };

    try{
        // 监听前一个节点的删除时间
        client.watcher(w, priorPath);
    } catch (KeeperException.NoNodeException e) {
        e.printStackTrace();
        return false;
    }

    return latch.await(properties.getTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS);
}

好了，如果你对这个感兴趣，不妨拉一下完整源码： https://gitee.com/liangshij/zk-lock-demo

源码简要说明

模块说明

• lsj-zk-lock：核心实现。
• lsj-zk-lock-spring-boot-starter：整合springboot
• lsj-zk-lock-test：使用demo

安装

经典三步走：导包、配置、使用

1. 拉取代码，将lsj-zk-lock、lsj-zk-lock-spring-boot-starter通过 mvn install 命令安装到本地仓库。
2. 引入依赖：

<dependency>
  <groupId>cn.lsj</groupId>
  <artifactId>lsj-zk-lock-spring-boot-starter</artifactId>
  <version>2.4.2</version>
</dependency>

配置

• 配置locks和dataSource：

spring:
  zk:
    dataSource:
      url: "localhost"
      port: 2181
    locks:
      - zkPath: "/test/lock"
        lockName: "countLock"
        # 获取锁失败时，进入等待的时间，等待结束将重新尝试获取锁
        timeout: 5000
      - zkPath: "/test2/lock"
        lockName: "lock"
        timeout: 5000

使用

• 使用方式1：通过@GlobalLock注解，指定要使用那个lock

@GetMapping("test2")
@GlobalLock("countLock")
public String test2() {
    // 业务代码
    return "";
}

• 使用方式2：通过@Qualifier注解，指定要使用那个lock

@RestController
public class TestController {

    int count = 0;

    @Resource
    @Qualifier("lock")
    private ReentrantLock lock;

    @Resource
    @Qualifier("countLock")
    private ReentrantLock countLock;


    @GetMapping("test")
    public String test() {
        countLock.lock();
        try{
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                count++;
            }
        } finally {
            countLock.unlock();
        }
        return String.valueOf(count);
    }
}