Zookeeper（33）Zookeeper的分布式事务是如何实现的？

Victor356
127 阅读3分钟

Zookeeper 本身并不是一个传统意义上的数据库管理系统，而是一个分布式协调服务，主要用于提供高可用性和一致性的分布式锁、配置管理、命名服务等功能。因此，Zookeeper 并不直接支持分布式事务的概念。但是，它提供了一种原语——原子广播协议（Zab，Zookeeper Atomic Broadcast），来确保所有事务在集群中的一致性和顺序性。

原子广播协议（Zab）

Zab 协议是 Zookeeper 保证数据一致性的核心机制。它的主要功能包括：

  1. 顺序一致性：所有事务按照严格的顺序进行处理。
  2. 原子性：事务要么完整地被所有节点执行，要么不执行。
  3. 容错性：在少数节点故障的情况下，集群能够继续提供服务。

Zab 协议分为两个主要阶段：

  1. 领导选举：集群在启动或领导者失效时会进行领导选举，选出新的领导者。
  2. 消息广播：领导者将客户端的写请求转化为事务提议，并通过 Zab 协议将提议广播给所有跟随者。只有当大多数节点（包括领导者）确认提议后，事务才会提交。

代码示例

为了更好地理解 Zookeeper 如何实现分布式事务的一致性，我们可以通过一个简单的示例来展示如何利用 Zookeeper 实现分布式锁。分布式锁是实现分布式事务的一种常见手段。

以下代码示例展示了如何使用 Zookeeper 实现一个简单的分布式锁。

1. 添加 Maven 依赖

在 pom.xml 中添加 Zookeeper 客户端的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.6.3</version>
</dependency>

2. 分布式锁示例

以下代码示例展示了如何使用 Zookeeper 实现一个简单的分布式锁。

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;

import java.io.IOException;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class DistributedLock {
    private static final String ZK_ADDRESS = "localhost:2181";
    private static final int SESSION_TIMEOUT = 3000;
    private static final String LOCK_ROOT = "/locks";
    private static final String LOCK_NODE = LOCK_ROOT + "/lock_";

    private ZooKeeper zooKeeper;
    private String lockPath;

    public DistributedLock() throws IOException {
        zooKeeper = new ZooKeeper(ZK_ADDRESS, SESSION_TIMEOUT, event -> {
            if (event.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
                System.out.println("Connected to Zookeeper");
            }
        });
    }

    public void acquireLock() throws KeeperException, InterruptedException {
        // Ensure the lock root node exists
        Stat stat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT, false);
        if (stat == null) {
            zooKeeper.create(LOCK_ROOT, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
        }

        // Create an ephemeral sequential node
        lockPath = zooKeeper.create(LOCK_NODE, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        System.out.println("Lock path: " + lockPath);

        // Try to acquire the lock
        while (true) {
            List<String> children = zooKeeper.getChildren(LOCK_ROOT, false);
            Collections.sort(children);

            String smallestChild = children.get(0);
            if (lockPath.endsWith(smallestChild)) {
                System.out.println("Lock acquired: " + lockPath);
                return;
            } else {
                int index = Collections.binarySearch(children, lockPath.substring(LOCK_ROOT.length() + 1));
                String previousChild = children.get(index - 1);

                // Watch the previous node
                Stat previousStat = zooKeeper.exists(LOCK_ROOT + "/" + previousChild, event -> {
                    if (event.getType() == Watcher.Event.EventType.NodeDeleted) {
                        synchronized (this) {
                            notifyAll();
                        }
                    }
                });

                if (previousStat != null) {
                    synchronized (this) {
                        wait();
                    }
                }
            }
        }
    }

    public void releaseLock() throws KeeperException, InterruptedException {
        zooKeeper.delete(lockPath, -1);
        System.out.println("Lock released: " + lockPath);
    }

    public void close() throws InterruptedException {
        zooKeeper.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DistributedLock lock = new DistributedLock();
        lock.acquireLock();

        // Perform some operation while holding the lock
        System.out.println("Performing operation while holding the lock...");

        lock.releaseLock();
        lock.close();
    }
}

详细解释

  1. 连接 Zookeeper 集群：

    • 在 DistributedLock 构造方法中，创建一个新的 Zookeeper 客户端实例，并通过 Watcher 监听连接状态。

  2. 获取锁：

    • 在 acquireLock 方法中，首先确保锁的根节点存在。如果不存在，则创建一个持久节点。
    • 创建一个临时顺序节点（ephemeral sequential node），并记录其路径。
    • 获取锁的子节点列表，并按顺序排序。如果当前节点是最小的子节点，则获取锁成功。
    • 如果当前节点不是最小的子节点，则监听前一个节点的删除事件。一旦前一个节点被删除，重新检查是否可以获取锁。

  3. 释放锁：

    • 在 releaseLock 方法中，删除当前节点，释放锁。

  4. 关闭连接：

    • 在 close 方法中，关闭 Zookeeper 客户端连接。

总结

通过上述代码示例，我们可以了解如何利用 Zookeeper 实现分布式锁，从而在分布式环境中实现类似分布式事务的一致性。Zookeeper 通过其原子广播协议（Zab）保证了事务的顺序一致性和原子性。虽然 Zookeeper 本身并不直接支持分布式事务，但可以通过分布式锁等机制来实现分布式系统中的一致性和协调。

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