ZooKeeper分布式专题与Dubbo微服务入门

zookeeper实现分布式锁

什么多线程

多线程为了能够提高应用程序的运行效率,在一个进程中有多条不同的执行路径,同时并行执行,互不影响。

这里关于线程的介绍就不多阐述,想了解更多关于线程的介绍请移步 https://github.com/haoxiaoyong1014/recording

下面我们只针对分布式环境下实现分布式锁介绍;

什么是java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM),JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化

image.png

从上图来看,线程A与线程B之间如要通信的话,必须要经历下面2个步骤:

  1. 首先,线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

  2. 然后,线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

image.png

如上图所示,本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时,这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时,把更新后的x值(假设值为1)临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时,线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中,此时主内存中的x值变为了1。随后,线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值,此时线程B的本地内存的x值也变为了1。
从整体来看,这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息,而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互,来为java程序提供内存可见性保证。

总结:什么是Java内存模型:java内存模型简称jmm,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。

传统方式生成订单号ID

生成订单类

public class OrderNumGenerator {

//全局订单id;
public static int count = 0;

public String getNumber() {

try {
//TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
SimpleDateFormat simpt = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd-HH-mm-ss");
return simpt.format(new Date()) + "-" + ++count;
}
}

使用多线程情况模拟生成订单号

public class OrderService implements Runnable {

private OrderNumGenerator orderNumGenerator = new OrderNumGenerator();

public void run() {
getNumber();
}

public void getNumber() {
String number = orderNumGenerator.getNumber();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生成订单ID:" + number);
}

public static void main(String[] args) {
System.out.println("####生成唯一订单号###");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new OrderService()).start();
}

}
}

这时候会出现线程安全问题;

image.png

下面解决这种线程安全问题的方式有很多

例如:使用synchronized或者lock锁

这里对synchronized就不做过的说明了。想了解更多关于synchronized的语义及使用请移步 https://github.com/haoxiaoyong1014/recording

使用lock锁解决线程安全问题:

生成订单类

public class OrderNumGenerator {

//全局订单id;
public static int count = 0;

public String getNumber() {

try {
//TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
SimpleDateFormat simpt = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd-HH-mm-ss");
return simpt.format(new Date()) + "-" + ++count;
}
}

没有做任何的改变;

使用多线程情况模拟生成订单号(lock锁):

public class OrderService implements Runnable {

private OrderNumGenerator orderNumGenerator = new OrderNumGenerator();

// 使用lock锁
private java.util.concurrent.locks.Lock lock = new ReentrantLock();

public void run() {
getNumber();
}

public void getNumber() {
try {
lock.lock();
String number = orderNumGenerator.getNumber();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生成订单ID:" + number);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}

public static void main(String[] args) {
System.out.println("####生成唯一订单号###");
OrderService orderService = new OrderService();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(orderService).start();
}

}
}

对比和之前和那些改变?

lock.lock();上锁,

lock.unlock();释放锁

同时我们要注意main方法中的OrderService对象;这里只实例化一次;

image.png

很完美的打印到100;

下面介绍在分布式环境下生成订单ID;

在分布式(集群)环境下,每台JVM不能实现同步,在分布式场景下使用时间戳生成订单号可能会重复

使用分布式锁生成订单号技术

1.使用数据库实现分布式锁
缺点:性能差、线程出现异常时,容易出现死锁
2.使用redis实现分布式锁
缺点:锁的失效时间难控制、容易产生死锁、非阻塞式、不可重入
3.使用zookeeper实现分布式锁
实现相对简单、可靠性强、使用临时节点,失效时间容易控制

什么是分布式锁

分布式锁一般用在分布式系统或者多个应用中,用来控制同一任务是否执行或者任务的执行顺序。在项目中,部署了多个tomcat应用,在执行定时任务时就会遇到同一任务可能执行多次的情况,我们可以借助分布式锁,保证在同一时间只有一个tomcat应用执行了定时任务

使用Zookeeper实现分布式锁

Zookeeper实现分布式锁原理

使用zookeeper创建临时序列节点来实现分布式锁,适用于顺序执行的程序,大体思路就是创建临时序列节点,找出最小的序列节点,获取分布式锁,程序执行完成之后此序列节点消失,通过watch来监控节点的变化,从剩下的节点的找到最小的序列节点,获取分布式锁,执行相应处理,依次类推……

添加依赖

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

创建Lock接口

public interface Lock {

//获取到锁的资源
void getLock();
// 释放锁
void unLock();

}

创建ZookeeperAbstractLock抽象类

public abstract class ZookeeperAbstractLock implements Lock {

// zk连接地址
private static final String CONNECTSTRING = "127.0.0.1:2181";

// 创建zk连接
protected ZkClient zkClient = new ZkClient(CONNECTSTRING);

protected static final String PATH = "/lock";

public void getLock(){
if(tryLock()){
System.out.println("##获取lock锁的资源####");
}else {
//等待
waitLock();
//重新获取资源
getLock();
}
}

//获取锁资源
abstract boolean tryLock();

//等待
abstract void waitLock();

public void unLock() {
if (zkClient != null) {
zkClient.close();
System.out.println("释放锁资源...");
}
}
}

ZookeeperDistrbuteLock类

public class ZookeeperDistrbuteLock extends ZookeeperAbstractLock {

private CountDownLatch countDownLatch = null;

boolean tryLock() {

try {
zkClient.createEphemeral(PATH);
return true;
} catch (Exception e) {
// e.printStackTrace();
return false;
}
}

void waitLock() {
IZkDataListener izkDataListener = new IZkDataListener() {

public void handleDataDeleted(String path) throws Exception {
// 唤醒被等待的线程
if (countDownLatch != null) {
countDownLatch.countDown();
}
}

public void handleDataChange(String path, Object data) throws Exception {

}
};
// 注册事件
zkClient.subscribeDataChanges(PATH, izkDataListener);
if (zkClient.exists(PATH)) {
countDownLatch = new CountDownLatch(1);
try {
countDownLatch.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 删除监听
zkClient.unsubscribeDataChanges(PATH, izkDataListener);
}

}

使用Zookeeper锁运行效果

public class OrderService implements Runnable {

private OrderNumGenerator orderNumGenerator = new OrderNumGenerator();
// 使用lock锁
// private java.util.concurrent.locks.Lock lock = new ReentrantLock();
private Lock lock = new ZookeeperDistrbuteLock();
public void run() {
getNumber();
}
public void getNumber() {
try {
lock.getLock();
String number = orderNumGenerator.getNumber();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生成订单ID:" + number);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unLock();
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("####生成唯一订单号###");
// OrderService orderService = new OrderService();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread( new OrderService()).start();
}
}
}

执行main方法:

##获取lock锁的资源####
Thread-1,生成订单ID:2019-08-19-22-32-50-1
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-3,生成订单ID:2019-08-19-22-32-59-2
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-5,生成订单ID:2019-08-19-22-33-08-3
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-7,生成订单ID:2019-08-19-22-33-17-4
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-9,生成订单ID:2019-08-19-22-33-26-5
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-11,生成订单ID:2019-08-19-22-33-35-6
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-13,生成订单ID:2019-08-19-22-33-44-7
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-15,生成订单ID:2019-08-19-22-33-53-8
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-17,生成订单ID:2019-08-19-22-34-02-9
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
Thread-19,生成订单ID:2019-08-19-22-34-11-10
释放锁资源...
##获取lock锁的资源####
·····