分布式中间件：基于 Zookeeper 的分布式锁

分布式中间件：基于 Zookeeper 的分布式锁

引言

在分布式系统中，多个进程或服务可能会同时访问共享资源，为了避免数据竞争和不一致问题，我们需要实现分布式锁。Zookeeper 是一个开源的分布式协调服务，它提供了分布式锁的实现机制，通过 Zookeeper 可以方便地实现分布式锁。本文将详细介绍如何基于 Zookeeper 实现分布式锁，并结合 Spring Boot 进行实际应用。

Zookeeper 简介

Zookeeper 是一个高性能的分布式协调服务，它可以为分布式应用提供一致性服务。Zookeeper 的数据模型是一个层次化的命名空间，类似于文件系统，每个节点称为 ZNode。Zookeeper 提供了临时节点、顺序节点等特性，这些特性可以用于实现分布式锁。

基于 Zookeeper 实现分布式锁的原理

基于 Zookeeper 实现分布式锁的核心思想是利用 Zookeeper 的临时顺序节点。当多个客户端同时请求锁时，它们会在 Zookeeper 的指定节点下创建临时顺序节点。每个客户端创建的节点会有一个唯一的顺序号，客户端通过比较自己创建的节点的顺序号来判断是否获得锁。如果自己创建的节点的顺序号是最小的，则表示该客户端获得了锁；否则，该客户端需要监听比自己顺序号小的前一个节点的删除事件，当前一个节点被删除时，该客户端会收到通知，再次检查自己是否获得了锁。

代码实现

配置 Zookeeper 连接信息

在 application.properties 文件中配置 Zookeeper 的连接信息：

zk.host=127.0.0.1:2181
zk.namespace=test

Spring Boot 应用启动类

以下是 Spring Boot 应用的启动类，其中包含了创建 Curator 客户端的配置：

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.boot.web.servlet.support.SpringBootServletInitializer;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.core.env.Environment;

@SpringBootApplication
public class DistributedMiddlewareApplication extends SpringBootServletInitializer {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DistributedMiddlewareApplication.class, args);
    }

    @Autowired
    private Environment environment;

    @Bean
    public CuratorFramework curatorFramework() {
        // 创建 Curator 客户端
        // 重试策略，重试 5 次，每次间隔 1s
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
               .connectString(environment.getProperty("zk.host"))
               .namespace(environment.getProperty("zk.namespace"))
               .sessionTimeoutMs(15000)
               .retryPolicy(new RetryNTimes(5, 1000))
               .build();
        client.start();
        return client;
    }
}

在上述代码中，我们使用 CuratorFrameworkFactory 创建了一个 Curator 客户端，并配置了连接信息、命名空间、会话超时时间和重试策略。最后启动客户端并将其作为 Bean 注入到 Spring 容器中。

实现分布式锁服务

以下是一个简单的分布式锁服务的实现：

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Service
public class DistributedLockService {

    @Autowired
    private CuratorFramework curatorFramework;

    public boolean acquireLock(String lockPath, long timeout, TimeUnit unit) {
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(curatorFramework, lockPath);
        try {
            return lock.acquire(timeout, unit);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
    }

    public void releaseLock(String lockPath) {
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(curatorFramework, lockPath);
        try {
            if (lock.isAcquiredInThisProcess()) {
                lock.release();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中，我们使用 InterProcessMutex 类来实现分布式锁。acquireLock 方法用于获取锁，releaseLock 方法用于释放锁。

使用分布式锁服务

以下是一个简单的示例，展示了如何使用分布式锁服务：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Component
public class LockExample implements CommandLineRunner {

    @Autowired
    private DistributedLockService distributedLockService;

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        String lockPath = "/myLock";
        if (distributedLockService.acquireLock(lockPath, 5, TimeUnit.SECONDS)) {
            try {
                // 模拟业务逻辑
                System.out.println("获得锁，开始执行业务逻辑");
                Thread.sleep(3000);
            } finally {
                distributedLockService.releaseLock(lockPath);
                System.out.println("释放锁");
            }
        } else {
            System.out.println("未能获得锁");
        }
    }
}

在上述代码中，我们在 CommandLineRunner 中使用 DistributedLockService 来获取和释放锁。如果在 5 秒内成功获得锁，则执行模拟的业务逻辑，最后释放锁；否则，输出未能获得锁的信息。

总结

通过本文的介绍，我们了解了基于 Zookeeper 实现分布式锁的原理，并结合 Spring Boot 实现了一个简单的分布式锁服务。Zookeeper 提供的临时顺序节点特性使得分布式锁的实现变得简单和可靠。在实际应用中，我们可以根据具体需求对分布式锁的实现进行扩展和优化。

希望本文对你理解基于 Zookeeper 的分布式锁有所帮助。如果你有任何疑问或建议，欢迎在评论区留言。