基于zookeeper实现分布式锁

Posted 2021-02-12 lq-93

1．什么是分布式锁

要介绍分布式锁，首先要提到与分布式锁相对应的是线程锁、进程锁。

（1）线程锁：主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或代码使用锁，在同一时刻仅有一个线程执行该方法或该代码段。线程锁只在同一JVM中有效果，因为线程锁的实现在根本上是依靠线程之间共享内存实现的，比如synchronized是共享对象头，显示锁Lock是共享某个变量（state）。

（2）进程锁：为了控制同一操作系统中多个进程访问某个共享资源，因为进程具有独立性，各个进程无法访问其他进程的资源，因此无法通过synchronized等线程锁实现进程锁。

（3）分布式锁：当多个进程不在同一个系统中，用分布式锁控制多个进程对资源的访问。

一、分布式锁应该具备哪些条件

1．在分布式系统环境下，一个方法在同一时间只能被一个机器的一个线程执行； 

2．高可用的获取锁与释放锁；

3．高性能的获取锁与释放锁； 

4．具备可重入特性； 

5．具备锁失效机制，防止死锁； 

6．具备非阻塞锁特性，即没有获取到锁将直接返回获取锁失败

二、分布式实现方法（三种）

1．基于数据库实现分布式锁；

2．基于缓存（Redis等）实现分布式锁;

3．基于Zookeeper实现分布式锁；

三、三种分布式的区别（理解难易程度、实现程度、性能、可靠性）

1．从理解的难易程度角度（从低到高）

数据库 > 缓存 > Zookeeper

2．从实现的复杂性角度（从低到高）

Zookeeper >= 缓存 > 数据库

3．从性能角度（从高到低）

缓存 > Zookeeper >= 数据库

4．从可靠性角度（从高到低）

Zookeeper > 缓存 > 数据库

四、Zookeeper分布式锁实现

1．原理

ZooKeeper核心是一个精简的文件系统，它提供了一些简单的文件操作以及附加的功能 ，它的数据结构原型是一棵znode树（类似Linux的文件系统），并且它们是一些已经被构建好的块，可以用来构建大型的协作数据结构和协议 。

2．每个锁都需要一个路径来指定(如:/lqq/lock)

（1）根据指定的路径, 查找zookeeper集群下的这个节点是否存在.(说明已经有锁了)

（2）如果存在, 根据查询者的一些特征数据(如ip地址/hostname), 当前的锁是不是查询者的

（3）如果不是查询者的锁, 则返回null, 说明创建锁失败

（4）如果是查询者的锁, 则把这个锁返回给查询者

（5）如果这个节点不存在, 说明当前没有锁, 那么创建一个临时节点, 并将查询者的特征信息写入这个节点的数据中, 然后返回这个锁.

据以上5部, 一个分布式的锁就可以创建了.

3．创建的锁有三种状态:

（1）创建失败(null), 说明该锁被其他查询者使用了.

（2）创建成功, 但当前没有锁住(unlocked), 可以使用

（3）创建成功, 但当前已经锁住(locked)了, 不能继续加锁.

4．Zookeeper的分布式锁流程分析

总体思路可以如下：

 

（1）获取分布式锁时在Lock节点下创建临时顺序节点，释放锁的时候删除该临时节点。

（2）客户端调用createNode方法在Lock节点下创建临时顺序节点。然后调用getChildren获取所有子节点。

如果发现当前自己创建的节点的序号是最小的话，就认定该客户端获取到锁。

如果发现不是最小的节点。说明获取锁失败，此时客户端需要找到比自己小的节点，对其注册事件监听器。

（3）当前获取到锁的客户端删除当前最小节点，那么注册过事件监听器的客户端会收到通知，此时再次判断是否自己的节点是最小的，是的话直接获取到锁，不是的话重复步骤监听比自己小的节点的事件。

1．Zookeeper的分布式锁流程图：