软件架构-zookeeper场景讲解（分布式锁）和zkclient使用

继续开车，其实zookeeper能用到的场景很多，在这里在介绍几个场景，在说下分布式锁，很多了解都想知道分布式锁， 其实分布式锁并不是zk的一个特性，用zk能做的事情太多了。
源码：github.com/limingios/netFuture/源码/『互联网架构』软件架构-zookeeper场景讲解（分布式锁）和zkclient使用（35）

场景分析

• 以前的job场景

很多的项目中，都要有job，跑一些定时的任务，每天需要统计下订单量，需要定时发送消息，很多的job。原来的job是部署在服务器上的，因为代码都是都是一致的，导致job根据服务器多少，执行多少次，为了防止这一点，就要设置开关，单独在要在执行的那个机器上设置一个文本，程序读各自的文本，只有1个机器标识的是开，其他都是关闭。也就是线上可能部署了5台机器，但是只有1台机器在跑。

肯定有人问我，为啥只启动一台机器，都启动多好啊，如果要执行一个短信的任务，每个机器都接收到了，都启动的话那用户会根据服务的数量接收到响应的短信数量。这肯定是有问题的。不要重复干事情，一个人干就好了。

如果定时服务job的服务挂了，整个任务系统也就挂了。也是有问题的。

用zk来接管的话，在这三个里面选出一个老大出来

如果老大挂了，下面的2个小弟根据规则选出来老大

• 分布式配置中心

发布与订阅模型，即所谓的配置中心，顾名思义就是发布者将数据发布到ZK节点上，供订阅者获取数据，实现配置信息的集中式管理和动态更新。
总结：感应变化 pull模式(C>S)/push模式（S>C）

适用：

全局的配置信息 服务式服务框架的服务地址列表

注意点：

数据量很小，但是数据更新可能会比较快的场景

代表：

百度的disconf github：github.com/knightliao/disconf

（二）分布式锁

• 由来

执行一段代码，例如i++，部署在3台机器，每台机器上都有个jvm，如果要统一的控制i++这段代码，jvm都是相对独立的，这里用jvm的锁，是完全不行的。这里就产生了分布式锁。也可以用数据库来完成。通过数据库的排它锁的特性上，大部分业务场景都不需要借助分布式锁。但也有业务需要用到分布式锁。但是对于大型互联网架构，数据库就是瓶颈，尽量多读少写，如果使用数据库这个排它锁的特性有可能给数据库更大的压力。数据库有可能产生死锁，数据库的竞争太激烈了，锁没有及时的释放掉，数据库也会产生问题，直接锁表。这时候就必须使用分布式锁。

• 介绍

分布式锁，这个主要是易于zookeeper为我们保证数据的枪一致性。锁服务可以分为两类，一个是保持独占，另一个是控制时序。
1.所谓保持独占，就是所有试图来获取这个锁的客户端，最终只有一个可以成功获得这把锁，通常的做法是把zk上的一个znode看作一把锁，通过create znode的方式来实现。所有客户端都去创建/distribute_lock节点，最终成功创建的那个客户端就拥有了这把锁
2.控制时序，就是吧所有试图来获取这个锁的客户端，最终是会被安排执行，只是有了全局时序了。做法和上边基本类似，只是这里/distribute_lock 已绊，预先存在，客户端在他下面创建临时有序节点（这个可以通过节点的属性控制：CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL来指定）。zk的父节点（/distribute_lock）维持一份sequence，保证子节点创建时序性，从而也形成了每个客户端的全局时序。

• 排它锁

排它锁（Exclusive Lovks，简称X锁），又称为写锁
如果事务T1对数据对象01加上了排它锁，那么在整个加锁期间，只允许事务T1对O1进行读取和更新操作，其他任何事务都不能在对这个数据对象进行任何类型的操作（不能再对该对象加锁），直到T1释放了排它锁。
谁创建谁获的锁

但是上边这个，如果10000个线程等待一个锁，那么当锁被释放后，10000个线程同时去竞争，就会产生羊群效应。所谓羊群效应就是每个节点挂掉，所有节点都去监听，然后做出反映，这样会给服务器带来巨大压力。zookeeper分布式锁的原理其实很简单，首先zookeeper创建个PERSISTENT持久节点，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，然后规定节点最小的那个获得锁，所以每个线程首先都会判断自己是不是节点序号最小的那个，如果是则获取锁，如果不是则watcher监听比自己小的上一个节点，如果上一个节点不存在了，然后会再一次判断自己是不是序号最小的那个节点，是则获得锁。当一个节点挂掉只有监听这个节点的才会做出反映。

• 共享锁

共享锁（Shared Locks，简称S锁），又称为为读锁。

如果事务T1对数据对象O1加上一个共享锁，那么T1只能对O1进行读操作，其他事务也能同时怼O1加共享锁（不能是排它锁），知道O1上的所有共享锁都释放后O1才能被加排它锁。

zookeeper客户端

很少人直接用原生的，就像我们解析json，其实用字符串根据规则也可以解析，后来有了新的jar，阿里fastjson后，谁也不在用字符串解析了吧。站在巨人的肩膀上才能看的更高更远。

• ZkClient

ZkClient是由Datameer的工程师开发的开源客户端，对Zookeeper的原生API进行了包装，实现了超时重连、Watcher反复注册等功能。

• Curator

Curator是Netflix公司开源的一个Zookeeper客户端，与Zookeeper提供的原生客户端相比，Curator的抽象层次更高，简化了Zookeeper客户端的开发量。

zkClient

在使用ZooKeeper的Java客户端时，经常需要处理几个问题：重复注册watcher、session失效重连、异常处理。目前已经运用到了很多项目中，知名的有Dubbo、Kafka、Helix。

Maven依赖

<dependency>
 <groupId>com.101tec</groupId>
 <artifactId>zkclient</artifactId>
 <version>0.10</version>
</dependency>

或者

 <dependency>
 <groupId>com.github.sgroschupf</groupId>
 <artifactId>zkclient</artifactId>
 <version>0.1</version>
 </dependency>

Github：github.com/sgroschupf/zkclient

• ZKClient的设计

• ZkClient的组件说明

从上述结构上看，IZKConnection是一个ZkClient与ZooKeeper之间的一个适配器。在代码里直接使用的是ZKClient，其实质还是委托了zookeeper来处理了。使用ZooKeeper客户端来注册watcher有几种方法：
1、创建ZooKeeper对象时指定默认的Watcher，
2、getData()，
3、exists()，
4、getchildren。
其中getdata,exists注册的是某个节点的事件处理器（watcher），getchildren注册的是子节点的事件处理器（watcher）。而在ZKClient中，根据事件类型，分为了节点事件（数据事件）、子节点事件。对应的事件处理器则是IZKDataListener和IZKChildListener。另外加入了Session相关的事件和事件处理器。
ZkEventThread是专门用来处理事件的线程。

• 启动ZKClient

在创建ZKClient对象时，就完成了到ZooKeeper服务器连接的建立。具体过程是这样的：

1、 启动时，指定好connection string，连接超时时间，序列化工具等。
2、 创建并启动eventThread，用于接收事件，并调度事件监听器Listener的执行。
3、 连接到zookeeper服务器，同时将ZKClient自身作为默认的Watcher。

• 为节点注册Watcher

ZooKeeper的三个方法：getData、getChildren、exists，ZKClient都提供了相应的代理方法。就拿exists来看：

可以看到，是否注册watcher，由hasListeners(path)来决定的。

hasListeners就是看有没有与该数据节点绑定的listener。

所以呢，默认情况下，都会自动的为指定的path注册watcher，并且是默认的watcher（ZKClient）。怎么才能让hasListeners判定值为true呢，也就是怎么才能为path绑定Listener呢？

• ZKClient提供了订阅功能：

一个新建的会话，只需要在取得响应的数据节点后，调用subscribteXxx就可以订阅上相应的事件了。

• ZooKeeper的变更操作

Zookeeper中提供的变更操作有：节点的创建、删除，节点数据的修改。
创建操作，数据节点分为四种，ZKClient分别为他们提供了相应的代理：

删除节点的操作：

修改节点数据的操作：

writeDataReturnStat（）：写数据并返回数据的状态。
updateDataSerialized（）：修改已序列化的数据。执行过程是：先读取数据，然后使用DataUpdater对数据修改，最后调用writeData将修改后的数据发送给服务端。

• 客户端处理变更

  前面已经知道，ZKClient是默认的Watcher，并且在为各个数据节点注册的Watcher都是这个默认的Watcher。那么该是如何将各种事件通知给相应的Listener呢？

处理过程大致可以概括为下面的步骤：

1、判断变更类型：变更类型分为State变更、ChildNode变更（创建子节点、删除子节点、修改子节点数据）、NodeData变更（创建指定node，删除节点，节点数据变更）。

2、取出与path关联的Listeners，并为每一个Listener创建一个ZKEvent，将ZkEvent交给ZkEventThread处理。

3、ZkEventThread线程，拿到ZkEvent后，只需要调用ZkEvent的run方法进行处理。

从这里也可以知道，具体的怎么如何调用Listener，还要依赖于ZkEvent的run()实现了。

• 序列化处理

ZooKeeper中，会涉及到序列化、反序列化的操作有两种：getData、setData。在ZKClient中，分别用readData、writeData来替代了。

对于readData：先调用zookeeper的getData，然后进行使用ZKSerializer进行反序列化工作。

对于writeData：先使用ZKSerializer将对象序列化后，再调用zookeeper的setData。

• 注册监听

在ZkClient中客户端可以通过注册相关的事件监听来实现对Zookeeper服务端时间的订阅。其中ZkClient提供的监听事件接口有以下几种：

其中ZkClient还提供了一个unsubscribeAll方法，来解除所有监听。

• ZkClient如何解决使用ZooKeeper客户端遇到的问题的呢？

Watcher自动重注册：这个要是依赖于hasListeners（）的判断，来决定是否再次注册。
如果对此有不清晰的，可以看上面的流程处理的说明Session失效重连：如果发现会话过期，就先关闭已有连接，再重新建立连接。
异常处理：对比ZooKeeper和ZKClient，就可以发现ZooKeeper的所有操作都是抛异常的，而ZKClient的所有操作，都不会抛异常的。在发生异常时，它或做日志，或返回空，或做相应的Listener调用。

相比于ZooKeeper官方客户端，使用ZKClient时，只需要关注实际的Listener实现即可。所以这个客户端，还是推荐大家使用的。

PS：zkClient应该就是对zk的操作的一个工具类，方便使用zk，了解api，其实不难。但是zk的原理必须了解。临时，永久，排它锁，共享锁。