基于zookeeper实现分布式锁

Posted 2020-11-08 傲视苍穹

一、分布式锁介绍

        分布式锁主要用于在分布式环境中保护跨进程、跨主机、跨网络的共享资源实现互斥访问，以达到保证数据的一致性。

　　线程锁:大家都不陌生，主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或者代码块使用锁时，那么在同一时刻至多仅有有一个线程在执行该段代码。当有多个线程访问同一对象的加锁方法/代码块时，同一时间只有一个线程在执行，其余线程必须要等待当前线程执行完之后才能执行该代码段。但是，其余线程是可以访问该对象中的非加锁代码块的。

　　进程锁:也是为了控制同一操作系统中多个进程访问一个共享资源，只是因为程序的独立性，各个进程是无法控制其他进程对资源的访问的，但是可以使用本地系统的信号量控制（操作系统基本知识）。

　　分布式锁:当多个进程不在同一个系统之中时，使用分布式锁控制多个进程对资源的访问。

分布式锁到底是什么，怎么实现？

　    说简单点，实现分布式锁必须要依靠第三方存储介质来存储锁的元数据等信息。比如分布式集群要操作某一行数据时，这个数据的流水号是唯一的，那么我们就把这个流水号作为一把锁的id，当某进程要操作该数据时，先去第三方存储介质中看该锁id是否存在，如果不存在，则将该锁id写入，然后执对该数据的操作；当其他进程要访问这个数据时，会先到第三方存储介质中查看有没有这个数据的锁id,有的话就认为这行数据目前已经有其他进程在使用了，就会不断地轮询第三方存储介质看其他进程是否释放掉该锁；当进程操作完该数据后，该进程就到第三方存储介质中把该锁id删除掉，这样其他轮询的进程就能得到对该锁的控制。

二、架构介绍

        在介绍使用Zookeeper实现分布式锁之前，首先看当前的系统架构图

 解释： 左边的整个区域表示一个Zookeeper集群，locker是Zookeeper的一个持久节点，node_1、node_2、node_3是locker这个持久节点下面的临时顺序节点。client_1、client_2、client_n表示多个客户端，Service表示需要互斥访问的共享资源。

三、分布式锁获取思路

        1．获取分布式锁的总体思路

        在获取分布式锁的时候在locker节点下创建临时顺序节点，释放锁的时候删除该临时节点。客户端调用createNode方法在locker下创建临时顺序节点，

然后调用getChildren(“locker”)来获取locker下面的所有子节点，注意此时不用设置任何Watcher。客户端获取到所有的子节点path之后，如果发现自己在之

前创建的子节点序号最小，那么就认为该客户端获取到了锁。如果发现自己创建的节点并非locker所有子节点中最小的，说明自己还没有获取到锁，

此时客户端需要找到比自己小的那个节点，然后对其调用exist()方法，同时对其注册事件监听器。之后，让这个被关注的节点删除，则客户端的Watcher会

收到相应通知，此时再次判断自己创建的节点是否是locker子节点中序号最小的，如皋是则获取到了锁，如果不是则重复以上步骤继续获取到比自己小的一个

节点并注册监听。当前这个过程中还需要许多的逻辑判断。

2．获取分布式锁的核心算法流程

        下面意一个流程图来分析获取分布式锁的完整算法，如下：

解释：客户端A要获取分布式锁的时候首先到locker下创建一个临时顺序节点（node_n），然后立即获取locker下的所有（一级）子节点。

此时因为会有多个客户端同一时间争取锁，因此locker下的子节点数量就会大于1。对于顺序节点，特点是节点名称后面自动有一个数字编号，

先创建的节点数字编号小于后创建的，因此可以将子节点按照节点名称后缀的数字顺序从小到大排序，这样排在第一位的就是最先创建的顺序节点，

此时它就代表了最先争取到锁的客户端！此时判断最小的这个节点是否为客户端A之前创建出来的node_n，如果是则表示客户端A获取到了锁，

如果不是则表示锁已经被其它客户端获取，因此客户端A要等待它释放锁，也就是等待获取到锁的那个客户端B把自己创建的那个节点删除。

此时就通过监听比node_n次小的那个顺序节点的删除事件来知道客户端B是否已经释放了锁，如果是，此时客户端A再次获取locker下的所有子节点，

再次与自己创建的node_n节点对比，直到自己创建的node_n是locker的所有子节点中顺序号最小的，此时表示客户端A获取到了锁！