zookeeper分布式锁实现原理

    文章转载自https://blog.csdn.net/koflance/article/details/78616206

1、互斥锁mutex lock

顾名思义就是排它锁，同一时间只允许一个客户端执行。

实现步骤：

• 首先，创建一个lock node，例如“locknode”
• 其次，客户端lock执行以下方式： 
  1. 创建（create）一个有序临时节点，例如“locknode/guid-lock-”，其中guid可以是你客户端的唯一识别序号，如果发生前面说的创建失败问题，需要使用guid进行手动检查。
  2. 调用getChildren(watch=false)获取获取子节点列表，注意wtach设置为false，以避免羊群效应（Herd Effect），即同时收到太多无效节点删除通知。
  3. 从这个列表中，判断自己创建的节点序号是否是最小，如果是则直接返回true，否则继续往下走。
  4. 从步骤2中获取的list中选取排在当前节点前一位的节点，调用exist(watch=true)方法。
  5. 如果exist返回false，则回到步骤2；
  6. 如果exist返回true，则等待exist的哨兵（watch）回调通知，收到通知后再执行步骤2.
• 最后，客户端unlock只需要调用delete删除掉节点即可。

节点操作示意图：

流程图：

优点：

• 避免了轮询和超时控制
• 每次一个子节点的删除动作，只会触发唯一一个客户端的watch动作，从而避免了羊群效应
• 便于观测

缺点：

• 没有解决锁重入问题，因为采用的是有序临时节点，因此多次调用create并不会触发KeeperException.NodeExists异常，从而无法实现锁重入功能。如果需要解决，则在步骤1时，需要先进行判断当前节点是否已经存在，即调用getChildren(watch=false)，判断当前节点是否已经创建（配合guid），已经创建，则直接从步骤3开始，没有创建则从步骤1开始。
• 这是一个公平锁，无法实现非公平锁。参考[4]实现了一个非公平锁

注意：

如果一个节点创建了一个sequential ephemeral nodes，但是在server返回创建成功的时候，server挂了，此时客户端需要重新连接，重新连接后会话依然有效，但其创建的临时节点却没有删除。解决方式就是在每次创建时create，如果发生失败，客户端需要getChildren()，进行手动检查是否获取锁，这个时候就需要使用guid。

2、共享锁Shared Locks或读写锁Read/Write Locks

Read读锁是共享锁，Write写锁是排它锁，当没有写时，允许多个read实例获取读锁，当有一个write实例获得写锁时，则不允许任何其他write实例和read实例获得锁。

实现步骤：

• 首先，创建一个lock node，例如“locknode”
• 获取read锁步骤： 
  1. 创建（create）一个有序临时节点，例如“locknode/read-guid-lock-”，其中guid可以是你客户端的唯一识别序号，如果发生前面说的创建失败问题，需要使用guid进行手动检查。
  2. 调用getChildren(watch=false)获取获取子节点列表，注意wtach设置为false，以避免羊群效应（Herd Effect），即同时收到太多无效节点删除通知。
  3. 从这个列表中，判断是否有序号比自己小、且路径名以“write-”开头的节点，如果没有，则直接获取读锁，否则继续如下步骤。
  4. 从步骤2中获取的list中选取排在当前节点前一位的、且路径名以“write-”开头的节点，调用exist(watch=true)方法。
  5. 如果exist返回false，则回到步骤2。
  6. 如果exist返回true，则等待exist的哨兵（watch）回调通知，收到通知后再执行步骤2。
• 获取write锁步骤： 
  1. 创建（create）一个有序临时节点，例如“locknode/write-guid-lock-”，其中guid可以是你客户端的唯一识别序号，如果发生前面说的创建失败问题，需要使用guid进行手动检查。
  2. 调用getChildren(watch=false)获取获取子节点列表，注意wtach设置为false，以避免羊群效应（Herd Effect），即同时收到太多无效节点删除通知。
  3. 从这个列表中，判断自己创建的节点序号是否是最小，如果是则直接返回true，否则继续往下走。
  4. 从步骤2中获取的list中选取排在当前节点前一位的节点，调用exist(watch=true)方法。
  5. 如果exist返回false，则回到步骤2；
  6. 如果exist返回true，则等待exist的哨兵（watch）回调通知，收到通知后再执行步骤2.
• 最后，客户端unlock只需要调用delete删除掉节点即可。

节点操作示意图：

流程图：

• read lock

• write lock

优点：

• 避免了轮询和超时控制
• 每次一个子节点的删除动作，只会触发唯一一个客户端的watch动作，从而避免了羊群效应
• 便于观测

缺点：

• 没有解决锁重入问题，因为采用的是有序临时节点，因此多次调用create并不会触发KeeperException.NodeExists异常，从而无法实现锁重入功能。如果需要解决，则在步骤1时，需要先进行判断当前节点是否已经存在，即调用getChildren(watch=false)，判断当前节点是否已经创建（配合guid），已经创建，则直接从步骤3开始，没有创建则从步骤1开始。
• 当有非常多的read节点在等待一个write节点删除通知时，一旦write节点删除，将会触发非常多的read节点被调用，不过这种情况无法避免。

可撤销和超时问题

当前的读写锁并没有考虑读锁可撤销和超时问题，如何让读锁主动放弃，如何判断超时等，我想可行的方案还是在客户端自己处理，如果其他客户端想让前面的节点放弃锁，可以在节点写入unlock信息，让持有锁的客户端监听该变化，收到unlock信息，自己主动放弃对锁的持有。

3、参考

[1] http://zookeeper.apache.org/doc/trunk/recipes.html#sc_recipes_Locks 
[2] http://blog.csdn.net/xubo_zhang/article/details/8506163 
[3] http://netcome.iteye.com/blog/1474255 一个比较好的介绍 
[4] http://blog.csdn.net/nimasike/article/details/51567653#reply 实现了一种非公平锁

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/3765527/blog/1837263