阿里Java二面：了解分布式锁？说说ZooKeeper分布式锁的实现原理

用户5546570

发布于 2019-11-21 17:57:05

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文章被收录于专栏：以Java架构赢天下以Java架构赢天下

大家好，我是小寒！今天给小伙伴讲讲ZooKeeper分布式锁的实现原理！有自己看法的也可以在评论区留言探讨，也可以转发关注下我以后会长期分享！

什么是Zookeeper？

Zookeeper 是一个开放源码的分布式应用程序协调服务，它包含一个简单的原语集，分布式应用程序可以基于它实现同步服务、配置维护和命名服务等等。

阿里Java二面：了解分布式锁？说说ZooKeeper分布式锁的实现原理

分布式锁简介

在我们进行单机应用开发，涉及并发同步的时候，我们往往采用synchronized或者Lock的方式来解决多线程间的代码同步问题。但当我们的应用是分布式集群工作的情况下，那么就需要一种更加高级的锁机制，来处理种跨机器的进程之间的数据同步问题。这就是分布式锁。

公平锁和可重入锁模型

分布式锁的概念和原理，比较抽象难懂。如果用一个简单的故事来类比，估计就简单多了。

很久以前，在一个村子有一口井，水质非常的好，村民们都抢着取井里的水。井就那么一口，村里的人很多，村民为争抢取水打架斗殴，甚至头破血流。问题总是要解决，于是村长绞尽脑汁，最终想出了一个凭号取水的方案。井边安排一个看井人，维护取水的秩序。说起来，秩序很简单，取水之前，先取号。号排在前面的，就可以先取水。先到的排在前面，那些后到的，没有排在最前面的人，一个一个挨着，在井边排成一队。取水示意图如下：

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这种排队取水模型，就是一种锁的模型。排在最前面的号，拥有取水权，就是一种典型的独占锁。另外，先到先得，号排在前面的人先取到水，取水之后就轮到下一个号取水，至少，看起来挺公平的，说明它是一种公平锁。

在公平独占锁的基础上，再进一步，看看可重入锁的模型。

假定，取水时以家庭为单位，哪个家庭任何人拿到号，就可以排号取水，而且如果一个家庭有一个人拿到号，其它家人这时候过来打水不用再取号。

新的排号取水示意图如下：

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如上图的1号，老公有号，他的老婆来了，直接排第一个，妻凭夫贵。再看上图的2号，父亲正在打水，他的儿子和女儿也到井边了，直接排第二个，这个叫做子凭父贵。等等，如果是同一个家庭，可以直接复用排号，不用重新取号从后面排起。

以上这个故事模型，就是可以重入锁的模型。只要满足条件，同一个排号，可以用来多次取水。在锁的模型中，相当于一把锁，可以被多次锁定，这就叫做可重入锁。

zookeeper分布式锁的原理

理解了锁的原理后，就会发现，Zookeeper 天生就是一副分布式锁的胚子。

如果大家对zk还不太了解，建议先百度一下，快速了解一些基本概念，比如zk有哪些节点类型等等。

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首先，Zookeeper的每一个节点，都是一个天然的顺序发号器。

在每一个节点下面创建子节点时，只要选择的创建类型是有序（EPHEMERAL_SEQUENTIAL 临时有序或者PERSISTENT_SEQUENTIAL 永久有序）类型，那么，新的子节点后面，会加上一个次序编号。这个次序编号，是上一个生成的次序编号加一

比如，创建一个用于发号的节点“/test/lock”，然后以他为父亲节点，可以在这个父节点下面创建相同前缀的子节点，假定相同的前缀为“/test/lock/seq-”，在创建子节点时，同时指明是有序类型。如果是第一个创建的子节点，那么生成的子节点为/test/lock/seq-0000000000，下一个节点则为/test/lock/seq-0000000001，依次类推，等等。

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其次，Zookeeper节点的递增性，可以规定节点编号最小的那个获得锁。

一个zookeeper分布式锁，首先需要创建一个父节点，尽量是持久节点（PERSISTENT类型），然后每个要获得锁的线程都会在这个节点下创建个临时顺序节点，由于序号的递增性，可以规定排号最小的那个获得锁。所以，每个线程在尝试占用锁之前，首先判断自己是排号是不是当前最小，如果是，则获取锁。

第三，Zookeeper的节点监听机制，可以保障占有锁的方式有序而且高效。

每个线程抢占锁之前，先抢号创建自己的ZNode。同样，释放锁的时候，就需要删除抢号的Znode。抢号成功后，如果不是排号最小的节点，就处于等待通知的状态。等谁的通知呢？不需要其他人，只需要等前一个Znode 的通知就可以了。当前一个Znode 删除的时候，就是轮到了自己占有锁的时候。第一个通知第二个、第二个通知第三个，击鼓传花似的依次向后。

Zookeeper的节点监听机制，可以说能够非常完美的，实现这种击鼓传花似的信息传递。具体的方法是，每一个等通知的Znode节点，只需要监听linsten或者 watch 监视排号在自己前面那个，而且紧挨在自己前面的那个节点。只要上一个节点被删除了，就进行再一次判断，看看自己是不是序号最小的那个节点，如果是，则获得锁。