基于zookeeper实现的分布式锁
http://www.jiacheo.org/blog/122
zookeeper是hadoop下面的一个子项目, 用来协调跟hadoop相关的一些分布式的框架, 如hadoop, hive, pig等, 其实他们都是动物, 所以叫zookeeper(本人歪歪).
zookeeper其实是集群中每个节点都维护着一棵相同的树, 树的结构跟linux的目录结构的概念差不多, 以/为跟节点, 下边可以扩展任意的节点和叶子节点, 每个节点都可以写入数据. 基于zookeeper的分布式锁的实现, 其实是得益于zookeeper同步文件的强大性, 我们相信每时每刻我们访问zookeeper的树时, 相同节点返回的数据都是一致的. 这要靠zookeeper内部的一些算法来实现. 特别是leader的选举算法, 这里就不说了, 感兴趣的话可以去搜索一下看看.
我们知道了zookeeper集群的每个节点的数据都是一致的, 那么我们可以通过这些节点来作为锁的标志.
首先给锁设置一下API, 至少要包含, lock(锁住), unlock(解锁), isLocked(是否锁住)三个方法
然后我们可以创建一个工厂(LockFactory), 用来专门生产锁.
锁的创建过程如下描述:
前提:每个锁都需要一个路径来指定(如:/jiacheo/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.
根据以上5部, 一个分布式的锁就可以创建了.
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.
如图, 如果我们getLock(“/jiacheo/lock1″,”192.168.0.100″), 想要获取/jiacheo/lock1这个锁的话, 我们先判断这个节点是否存在, 存在的话获取他的数据(data), 然后通过解析data, 我们可以知道这个节点是不是我们查询者创建的(通过ip地址写入节点数据中), 然后就可以返回一个锁了.
具体的java实现(implementation)代码如下:
1. Lock.java
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package org.jiacheo.zkdl.lock;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
/**
* 类名:<b>Lock</b> <br/>
* <p>
* 类描述:
* </p>
* 创建人:jiacheo <br/>
* 创建时间:2011-1-27 上午01:30:25 <br/>
* @version 2011-1-27
*
*/
public class Lock {
private String path;
private ZooKeeper zooKeeper;
public Lock(String path){
this.path = path;
}
/**
* <p>
* 方法描述: 上锁 lock it
* </p>
* 创建人:jiacheo <br/>
* 创建时间:2011-1-27 上午01:30:50 <br/>
* @throws Exception
*/
public synchronized void lock() throws Exception{
Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+ ":lock" ;
zooKeeper.setData(path, data.getBytes(), stat.getVersion());
}
/**
* <p>
* 方法描述:开锁 unlock it
* </p>
* 创建人:jiacheo <br/>
* 创建时间:2011-1-27 上午01:31:20 <br/>
* @throws Exception
*/
public synchronized void unLock() throws Exception{
Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+ ":unlock" ;
zooKeeper.setData(path, data.getBytes(), stat.getVersion());
}
/**
* <p>
* 方法描述:是否锁住了, isLocked?
* </p>
* 创建人:jiacheo <br/>
* 创建时间:2011-1-27 上午01:31:43 <br/>
* @return
*/
public synchronized boolean isLock(){
try {
Stat stat = zooKeeper.exists(path, true);
String data = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+ ":lock" ;
String nodeData = new String(zooKeeper.getData(path, true, stat));
if (data.equals(nodeData)){
// lock = true;
return true;
}
} catch (UnknownHostException e) {
// ignore it
} catch (KeeperException e) {
//TODO use log system and throw a new exception
} catch (InterruptedException e) {
// TODO use log system and throw a new exception
}
return false;
}
public String getPath() {
return path;
}
public void setPath(String path) {
this.path = path;
}
public void setZooKeeper(ZooKeeper zooKeeper) {
this.zooKeeper = zooKeeper;
}
}
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2.LockFactory.java
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package org.jiacheo.zkdl.lock;
import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Collections;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.apache.zookeeper.Watcher;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Perms;
import org.apache.zookeeper.data.ACL;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
public class LockFactory {
public static final ZooKeeper DEFAULT_ZOOKEEPER = getDefaultZookeeper();
//data格式: ip:stat 如: 10.232.35.70:lock 10.232.35.70:unlock
public static synchronized Lock getLock(String path,String ip) throws Exception{
if (DEFAULT_ZOOKEEPER != null){
Stat stat = null;
try {
stat = DEFAULT_ZOOKEEPER.exists(path, true);
} catch (Exception e) {
// TODO: use log system and throw new exception
}
if (stat!=null){
byte[] data = DEFAULT_ZOOKEEPER.getData(path, null, stat);
String dataStr = new String(data);
String[] ipv = dataStr.split( ":" );
if (ip.equals(ipv[0])){
Lock lock = new Lock(path);
lock.setZooKeeper(DEFAULT_ZOOKEEPER);
return lock;
}
//is not your lock, return null
else {
return null;
}
}
//no lock created yet, you can get it
else {
createZnode(path);
Lock lock = new Lock(path);
lock.setZooKeeper(DEFAULT_ZOOKEEPER);
return lock;
}
}
return null;
}
private static ZooKeeper getDefaultZookeeper() {
try {
ZooKeeper zooKeeper = new ZooKeeper( "10.232.35.72" , 10*1000, new Watcher(){
public void process(WatchedEvent event) {
//节点的事件处理. you can do something when the node's data change
// System.out.println("event " + event.getType() + " has happened!");
}
});
return zooKeeper;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private static void createZnode(String path) throws Exception{
if (DEFAULT_ZOOKEEPER!=null){
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
String data = address.getHostAddress()+ ":unlock" ;
DEFAULT_ZOOKEEPER.create(path, data.getBytes(),Collections.singletonList( new ACL(Perms.ALL,Ids.ANYONE_ID_UNSAFE)) , CreateMode.EPHEMERAL);
}
}
}
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