SpringBoot+Zookeeper实现分布式锁

Jonas24
277 阅读4分钟

在Spring Boot应用中使用Zookeeper实现分布式锁，可以通过Apache Curator库来简化操作。Curator是一个Netflix开源的Zookeeper客户端库，提供了一些高级特性和工具来简化Zookeeper的使用。

以下是一个使用Spring Boot和Curator实现分布式锁的示例：

步骤一：添加依赖

在你的Spring Boot项目的pom.xml文件中添加Curator依赖：

<dependencies>
    <!-- Spring Boot Starter -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>
    <!-- Curator Framework -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-framework</artifactId>
        <version>5.2.0</version>
    </dependency>
    <!-- Curator Recipes -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-recipes</artifactId>
        <version>5.2.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

步骤二：配置Zookeeper客户端

在Spring Boot的配置文件application.properties中添加Zookeeper的连接信息：

zookeeper.connect-string=localhost:2181
zookeeper.session-timeout=30000
zookeeper.connection-timeout=15000

步骤三：创建Zookeeper配置类

创建一个配置类来初始化Curator客户端：

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class ZookeeperConfig {

    @Value("${zookeeper.connect-string}")
    private String connectString;

    @Value("${zookeeper.session-timeout}")
    private int sessionTimeout;

    @Value("${zookeeper.connection-timeout}")
    private int connectionTimeout;

    @Bean
    public CuratorFramework curatorFramework() {
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString(connectString)
                .sessionTimeoutMs(sessionTimeout)
                .connectionTimeoutMs(connectionTimeout)
                .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3))
                .build();
        client.start();
        return client;
    }
}

步骤四：实现分布式锁

使用Curator的InterProcessMutex来实现分布式锁：

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class DistributedLockService {

    private static final String LOCK_PATH = "/distributed-lock";

    @Autowired
    private CuratorFramework curatorFramework;

    public void doWithLock(Runnable task) {
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(curatorFramework, LOCK_PATH);
        try {
            if (lock.acquire(10, java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS)) {
                try {
                    task.run();
                } finally {
                    lock.release();
                }
            } else {
                throw new RuntimeException("Could not acquire the lock");
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Exception while acquiring lock", e);
        }
    }
}

步骤五：使用分布式锁

在你的业务逻辑中使用DistributedLockService来执行需要加锁的操作：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class LockController {

    @Autowired
    private DistributedLockService distributedLockService;

    @GetMapping("/lock")
    public String lockExample() {
        distributedLockService.doWithLock(() -> {
            // 这里是需要加锁的业务逻辑
            System.out.println("Executing critical section");
        });
        return "Lock acquired and released";
    }
}

总结

通过上述步骤，你可以在Spring Boot应用中使用Zookeeper和Curator实现分布式锁。Curator提供了简化的API和高级特性，使得在Zookeeper上实现分布式锁变得更加容易和可靠。

在实现分布式锁时，确实需要考虑可重入性和锁的过期问题。Curator的InterProcessMutex已经内置了对可重入性和锁过期的处理，但理解其工作机制和潜在问题仍然很重要。

可重入性

Curator的InterProcessMutex是可重入的，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁，而不会发生死锁。InterProcessMutex内部维护了一个计数器，每次获取锁时计数器加一，释放锁时计数器减一，只有计数器为零时才真正释放锁。

锁过期

锁过期是指在某些情况下，持有锁的客户端可能因为网络分区或其他原因与Zookeeper断开连接，从而导致锁被误认为已经释放。这种情况可能会导致其他客户端误以为锁可用，从而引发数据不一致的问题。

Curator通过会话（session）机制来处理锁的过期问题。当一个客户端与Zookeeper断开连接并且在会话超时时间内未能重新连接，Zookeeper会自动清理该客户端创建的临时节点，从而释放锁。

不过，在实际应用中，仍然需要考虑以下几点：

  1. 会话超时：确保Zookeeper的会话超时时间设置合理，既不能太短（容易误判客户端失联），也不能太长（失联后锁释放不及时）。
  2. 锁持有时间：尽量避免长时间持有锁，可以通过拆分任务或定期刷新锁来减少持有锁的时间。
  3. 锁续租：如果任务执行时间较长，可以考虑在任务执行过程中定期续租锁，确保锁不会因为会话超时而被释放。

示例代码改进

为了解决锁过期问题，可以在任务执行过程中定期检查锁的状态或续租锁。以下是一个改进的示例：

import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

@Service
public class DistributedLockService {

    private static final String LOCK_PATH = "/distributed-lock";

    @Autowired
    private CuratorFramework curatorFramework;

    public void doWithLock(Runnable task) {
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(curatorFramework, LOCK_PATH);
        try {
            // 尝试获取锁，超时时间设置为10秒
            if (lock.acquire(10, TimeUnit.SECONDS)) {
                try {
                    // 开始执行任务
                    task.run();
                } finally {
                    // 释放锁
                    lock.release();
                }
            } else {
                throw new RuntimeException("Could not acquire the lock");
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Exception while acquiring lock", e);
        }
    }
}

在这个示例中，我们设置了一个获取锁的超时时间（10秒）。如果在超时时间内无法获取锁，则抛出异常。任务执行过程中，Curator会自动管理锁的续租和释放。

总结

使用Curator的InterProcessMutex可以简化分布式锁的实现，并且内置了对可重入性和锁过期的处理。不过，在实际应用中，仍然需要合理设置会话超时时间和锁持有时间，确保系统的可靠性和数据一致性。通过定期续租锁或拆分任务，可以进一步增强分布式锁的稳定性。

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