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Java秒殺系統(tǒng)(十六)：基于ZooKeeper的分布式鎖優(yōu)化秒殺邏輯

作者：修羅debug
版權(quán)聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，遵循 CC 4.0 by-sa 版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接和本聲明。

摘要：本篇博文是“Java秒殺系統(tǒng)實戰(zhàn)系列文章”的第十六篇，本文我們將繼續(xù)秒殺系統(tǒng)的優(yōu)化之路，采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度中心中間件ZooKeeper控制秒殺系統(tǒng)中高并發(fā)多線程對于共享資源~代碼塊的并發(fā)訪問所出現(xiàn)的并發(fā)安全問題，即用ZooKeeper實現(xiàn)一種分布式鎖！

內(nèi)容：ZooKeeper，看到其名字，不由得聯(lián)想至 Zoo + Keeper，即動物園的看管所！這個寓意用以表達(dá)的是一種統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理思想，動物園有很多動物，這些動物就類似于分布式系統(tǒng)架構(gòu)時代所部署的不同系統(tǒng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，而這些動物~服務(wù)節(jié)點(diǎn)偶爾可能需要打交道，相互之間可能需要進(jìn)行相應(yīng)的問候，這個時候得需要有一個“看管者”，其職責(zé)除了需要管理動物園里的這些動物的行為之外（即這些系統(tǒng)服務(wù)的行為），還需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理這些動物之間的“問候”、“打交道”（系統(tǒng)服務(wù)之間的調(diào)用）！

ZooKeeper對外會提供一個多層級的節(jié)點(diǎn)命名空間（節(jié)點(diǎn)稱為ZNode），每個節(jié)點(diǎn)都用一個以斜杠（/）分隔的路徑表示，而且每個節(jié)點(diǎn)都有父節(jié)點(diǎn)（根節(jié)點(diǎn)除外）。ZooKeeper的相關(guān)功能特性在實際使用過程中，其底層可能需要動態(tài)的添加、刪減相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，此時zk會提供一個Watcher監(jiān)聽器，用以監(jiān)聽那些動態(tài)新增、刪減的節(jié)點(diǎn)，即ZooKeeper會在某些業(yè)務(wù)場景對一些節(jié)點(diǎn)使用上Watcher機(jī)制，監(jiān)聽相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的動態(tài)。

我們即將要在下面介紹的“分布式鎖”功能組件即為ZooKeeper提供給開發(fā)者的一大利器，其底層的實現(xiàn)原理正是基于Watcher機(jī)制 + 動態(tài)創(chuàng)建、刪減臨時順序節(jié)點(diǎn) 所實現(xiàn)的，值得一提的是，一個ZNode節(jié)點(diǎn)將代表一個路徑。

以下為ZooKeeper實現(xiàn)（獲?。┓植际芥i的原理：

（1）當(dāng)前線程在獲取分布式鎖的時候，會在ZNode節(jié)點(diǎn)(ZNode節(jié)點(diǎn)是Zookeeper的指定節(jié)點(diǎn))下創(chuàng)建臨時順序節(jié)點(diǎn)，釋放鎖的時候?qū)h除該臨時節(jié)點(diǎn)。

（2）客戶端/服務(wù) 調(diào)用createNode方法在 ZNode節(jié)點(diǎn) 下創(chuàng)建臨時順序節(jié)點(diǎn)，然后調(diào)用getChildren(“ZNode”)來獲取ZNode下面的所有子節(jié)點(diǎn)，注意此時不用設(shè)置任何Watcher。

（3）客戶端/服務(wù)獲取到所有的子節(jié)點(diǎn)path之后，如果發(fā)現(xiàn)自己創(chuàng)建的子節(jié)點(diǎn)序號最小，那么就認(rèn)為該客戶端獲取到了鎖，即當(dāng)前線程獲取到了分布式鎖。

（4）如果發(fā)現(xiàn)自己創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)并非ZNode所有子節(jié)點(diǎn)中最小的，說明自己還沒有獲取到鎖，此時客戶端需要找到比自己小的那個節(jié)點(diǎn)，然后對其調(diào)用exist()方法，同時對其注冊事件監(jiān)聽器。

之后，讓這個被關(guān)注的節(jié)點(diǎn)刪除（核心業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行完，釋放鎖的時候，就是刪除該節(jié)點(diǎn)），則客戶端的Watcher會收到相應(yīng)的通知，此時再次判斷自己創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)是否是ZNode子節(jié)點(diǎn)中序號最小的，如果是則獲取到了鎖，如果不是則重復(fù)以上步驟繼續(xù)獲取到比自己小的一個節(jié)點(diǎn)并注冊監(jiān)聽。

以上為ZooKeeper的基本介紹以及關(guān)于其底層實現(xiàn)分布式鎖的原理的介紹，但是，Debug想說的是“理論再好，如果不會轉(zhuǎn)化為實際的代碼或者輸出，那只能稱之為泛泛而談、吹牛逼” ！

下面，我們將基于Spring Boot搭建的秒殺系統(tǒng)整合ZooKeeper，并基于ZooKeeper實現(xiàn)一種分布式鎖，以此解決秒殺系統(tǒng)中高并發(fā)多線程并發(fā)產(chǎn)生的諸多問題。

（1）首先，當(dāng)然是引入ZooKeeper的依賴?yán)?，其中zk的版本在這里我們采用3.4.10，zk客戶端操作實例curator的版本為2.12.0

<!-- zookeeper start -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.4.10</version>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
        </exclusion>
        <exclusion>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

緊接著，是在配置文件application.properties中加入ZooKeeper的配置，包括其服務(wù)所在的Host、端口Port、命名空間等等：

#zookeeper
zk.host=127.0.0.1:2181
zk.namespace=kill

（2）然后，跟Redis、Redisson一樣，我們需要基于Spring Boot自定義注入ZooKeeper的相關(guān)操作Bean組件，即CuratorFramework實例的自定義配置，如下所示：

//ZooKeeper組件自定義配置
@Configuration
public class ZooKeeperConfig {
 
    @Autowired
    private Environment env;
 
    //自定義注入ZooKeeper客戶端操作實例
    @Bean
    public CuratorFramework curatorFramework(){
        CuratorFramework curatorFramework=CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString(env.getProperty("zk.host"))
                .namespace(env.getProperty("zk.namespace"))
                //重試策略
                .retryPolicy(new RetryNTimes(5,1000))
                .build();
        curatorFramework.start();
        return curatorFramework;
    }
}

（3）接著，我們就可以拿來使用了，在KillService秒殺服務(wù)類中，我們創(chuàng)建了一個新的秒殺處理方法killItemV5，表示借助ZooKeeper中間件解決高并發(fā)多線程并發(fā)訪問共享資源~共享代碼塊出現(xiàn)的并發(fā)安全問題！

@Autowired
private CuratorFramework curatorFramework;
//TODO:路徑就相當(dāng)于一個ZNode
private static final String pathPrefix="/kill/zkLock/";
 
//商品秒殺核心業(yè)務(wù)邏輯的處理-基于ZooKeeper的分布式鎖
@Override
public Boolean killItemV5(Integer killId, Integer userId) throws Exception {
    Boolean result=false;
    //定義獲取分布式鎖的操作組件實例
    InterProcessMutex mutex=new InterProcessMutex(curatorFramework,pathPrefix+killId+userId+"-lock");
    try {
        //嘗試獲取分布式鎖
        if (mutex.acquire(10L,TimeUnit.SECONDS)){
 
            //TODO:核心業(yè)務(wù)邏輯
            if (itemKillSuccessMapper.countByKillUserId(killId,userId) <= 0){
                ItemKill itemKill=itemKillMapper.selectByIdV2(killId);
                if (itemKill!=null && 1==itemKill.getCanKill() && itemKill.getTotal()>0){
                    int res=itemKillMapper.updateKillItemV2(killId);
                    if (res>0){
                        commonRecordKillSuccessInfo(itemKill,userId);
                        result=true;
                    }
                }
            }else{
                throw new Exception("zookeeper-您已經(jīng)搶購過該商品了!");
            }
        }
    }catch (Exception e){
        throw new Exception("還沒到搶購日期、已過了搶購時間或已被搶購?fù)戤叄?);
    }finally {
        //釋放分布式鎖
        if (mutex!=null){
            mutex.release();
        }
    }
    return result;
}

從上述該源代碼中可以看出其核心的處理邏輯在于“定義操作組件實例”、“獲取鎖”以及“釋放鎖”的實現(xiàn)上，如下所示：

//定義獲取分布式鎖的操作組件實例
InterProcessMutex mutex=new InterProcessMutex(curatorFramework,pathPrefix+killId+userId+"-lock");
 
//嘗試獲取分布式鎖
mutex.acquire(10L,TimeUnit.SECONDS)
 
//釋放鎖
mutex.release();

（4）至此，基于統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度中心中間件ZooKeeper實現(xiàn)的分布式鎖的代碼我們已經(jīng)實戰(zhàn)完畢了，下面我們按照慣例，進(jìn)入壓測環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)用例以及壓測的線程組的線程數(shù)我們?nèi)耘f跟以前一樣，total=6本書，用戶Id為10040~10049即10個用戶，線程數(shù)為1w。

點(diǎn)擊JMeter的啟動按鈕，即可發(fā)起秒級并發(fā)1w個線程的請求，稍等片刻（因為ZooKeeper需要不斷的在當(dāng)前設(shè)定的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建、刪除臨時節(jié)點(diǎn)，故而耗時還是比較長的），觀察控制臺的輸出以及數(shù)據(jù)庫表item_kill、item_kill_success表最終的數(shù)據(jù)記錄結(jié)果，如下圖所示：

對于這樣的結(jié)果，可謂是皆大歡喜吧！至此，本文關(guān)于ZooKeeper的應(yīng)用實戰(zhàn)我們就介紹到這里了！

補(bǔ)充：

1、目前，這一秒殺系統(tǒng)的整體構(gòu)建與代碼實戰(zhàn)已經(jīng)全部完成了，該秒殺系統(tǒng)對應(yīng)的視頻教程的鏈接地址為：https://www.fightjava.com/web/index/course/detail/6，可以點(diǎn)擊鏈接進(jìn)行試看以及學(xué)習(xí)，實戰(zhàn)期間有任何問題都可以留言或者與Debug聯(lián)系、交流！

2、另外，Debug也開源了該秒殺系統(tǒng)對應(yīng)的完整的源代碼以及數(shù)據(jù)庫，其地址可以來這里下載：https://gitee.com/steadyjack/SpringBoot-SecondKill 記得Fork跟Star啊！！！

3、最后，不要忘記了關(guān)注一下Debug的技術(shù)微信公眾號：

原文鏈接：https://fightjava.com/web/index/blog/article/28

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