七張圖徹底講清楚ZooKeeper分散式鎖的實現原理【石杉的架構筆記】
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一、寫在前面
之前寫過一篇文章（《 ofollow,noindex">拜託，面試請不要再問我Redis分散式鎖的實現原理 》），給大家說了一下Redisson這個開源框架是如何實現Redis分散式鎖原理的，這篇文章再給大家聊一下ZooKeeper實現分散式鎖的原理。
同理，我是直接基於比較常用的 Curator 這個開源框架，聊一下這個框架對ZooKeeper（以下簡稱zk）分散式鎖的實現。
一般除了大公司是自行封裝分散式鎖框架之外，建議大家用這些開源框架封裝好的分散式鎖實現，這是一個比較快捷省事兒的方式。
二、ZooKeeper分散式鎖機制
接下來我們一起來看看， 多客戶端獲取及釋放zk分散式鎖的整個流程及背後的原理。
首先大家看看下面的圖，如果現在有兩個客戶端一起要爭搶zk上的一把分散式鎖，會是個什麼場景？
如果大家對zk還不太瞭解的話，建議先自行百度一下，簡單瞭解點基本概念，比如zk有哪些節點型別等等。
參見上圖。zk裡有一把鎖，這個鎖就是zk上的一個節點。然後呢，兩個客戶端都要來獲取這個鎖，具體是怎麼來獲取呢？
咱們就假設客戶端A搶先一步，對zk發起了加分散式鎖的請求，這個加鎖請求是用到了zk中的一個特殊的概念，叫做 “臨時順序節點”。
簡單來說，就是直接在"my_lock"這個鎖節點下，建立一個順序節點，這個順序節點有zk內部自行維護的一個節點序號。
比如說，第一個客戶端來搞一個順序節點，zk內部會給起個名字叫做：xxx-000001。然後第二個客戶端來搞一個順序節點，zk可能會起個名字叫做：xxx-000002。大家注意一下， 最後一個數字都是依次遞增的 ，從1開始逐次遞增。zk會維護這個順序。
所以這個時候，假如說客戶端A先發起請求，就會搞出來一個順序節點，大家看下面的圖，Curator框架大概會弄成如下的樣子：
大家看，客戶端A發起一個加鎖請求，先會在你要加鎖的node下搞一個臨時順序節點，這一大坨長長的名字都是Curator框架自己生成出來的。
然後，那個最後一個數字是"1"。大家注意一下，因為客戶端A是第一個發起請求的，所以給他搞出來的順序節點的序號是"1"。
接著客戶端A建立完一個順序節點。還沒完，他會查一下" my_lock "這個鎖節點下的所有子節點，並且這些子節點是按照序號排序的，這個時候他大概會拿到這麼一個集合：
接著客戶端A會走一個關鍵性的判斷，就是說：唉！兄弟，這個集合裡，我建立的那個順序節點，是不是排在第一個啊？
如果是的話，那我就可以加鎖了啊！因為明明我就是第一個來建立順序節點的人，所以我就是第一個嘗試加分散式鎖的人啊！
bingo！ 加鎖成功 ！大家看下面的圖，再來直觀的感受一下整個過程。
接著假如說，客戶端A都加完鎖了，客戶端B過來想要加鎖了，這個時候他會幹一樣的事兒：先是在" my_lock "這個鎖節點下建立一個 臨時順序節點 ，此時名字會變成類似於：
大家看看下面的圖：
客戶端B因為是第二個來建立順序節點的，所以zk內部會維護序號為"2"。
接著客戶端B會走加鎖判斷邏輯，查詢" my_lock "鎖節點下的所有子節點，按序號順序排列，此時他看到的類似於：
同時檢查自己建立的順序節點，是不是集合中的第一個？
明顯不是啊，此時第一個是客戶端A建立的那個順序節點，序號為"01"的那個。 所以加鎖失敗 ！
加鎖失敗了以後，客戶端B就會通過ZK的API對他的順序節點的 上一個順序節點加一個監聽器。 zk天然就可以實現對某個節點的監聽。
如果大家還不知道zk的基本用法，可以百度查閱，非常的簡單。客戶端B的順序節點是：
他的上一個順序節點，不就是下面這個嗎？
即客戶端A建立的那個順序節點！
所以，客戶端B會對：
這個節點加一個監聽器，監聽這個節點是否被刪除等變化！大家看下面的圖。
接著，客戶端A加鎖之後，可能處理了一些程式碼邏輯，然後就會釋放鎖。那麼，釋放鎖是個什麼過程呢？
其實很簡單，就是把自己在zk裡建立的那個順序節點，也就是：
這個節點給刪除。
刪除了那個節點之後，zk會負責通知監聽這個節點的監聽器，也就是客戶端B之前加的那個監聽器，說：兄弟，你監聽的那個節點被刪除了，有人釋放了鎖。
此時客戶端B的監聽器感知到了上一個順序節點被刪除，也就是排在他之前的某個客戶端釋放了鎖。
此時，就會通知客戶端B重新嘗試去獲取鎖，也就是獲取" my_lock "節點下的子節點集合，此時為：
集合裡此時只有客戶端B建立的唯一的一個順序節點了！
然後呢，客戶端B判斷自己居然是集合中的第一個順序節點，bingo！可以加鎖了！ 直接完成加鎖 ，執行後續的業務程式碼即可，執行完了之後再次釋放鎖。
三、總結
其實如果有客戶端C、客戶端D等N個客戶端爭搶一個zk分散式鎖，原理都是類似的。
- 大家都是上來直接建立一個鎖節點下的一個接一個的臨時順序節點
- 如果自己不是第一個節點，就對自己上一個節點加監聽器
- 只要上一個節點釋放鎖，自己就排到前面去了，相當於是一個排隊機制。
而且用臨時順序節點的另外一個用意就是，如果某個客戶端建立臨時順序節點之後，不小心自己宕機了也沒關係，zk感知到那個客戶端宕機，會自動刪除對應的臨時順序節點，相當於自動釋放鎖，或者是自動取消自己的排隊。
最後，咱們來看下用Curator框架進行加鎖和釋放鎖的一個過程：
其實用開源框架就是這點好，方便。這個Curator框架的zk分散式鎖的加鎖和釋放鎖的實現原理，其實就是上面我們說的那樣子。
但是如果你要手動實現一套那個程式碼的話。還是有點麻煩的，要考慮到各種細節，異常處理等等。所以大家如果考慮用zk分散式鎖，可以參考下本文的思路。
END
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