zookeeper分佈式鎖

zookeeper的節點有四種節點:

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Persist vs. Ephemeral

• Persist節點，一旦被建立，便不會意外丟失，即便服務器所有重啓也依然存在。每一個 Persist 節點便可包含數據，也可包含子節點
• Ephemeral節點，在建立它的客戶端與服務器間的 Session 結束時自動被刪除。服務器重啓會致使 Session 結束，所以
  Ephemeral 類型的 znode 此時也會自動刪除

Sequence vs. Non-sequence

• Non-sequence節點，多個客戶端同時建立同一 Non-sequence節點時，只有一個可建立成功，其它勻失敗。而且建立出的節點名稱與建立時指定的節點名徹底同樣

• Sequence節點，建立出的節點名在指定的名稱以後帶有10位10進制數的序號。多個客戶端建立同一名稱的節點時，都能建立成功，只是序號不一樣

此外,zookeeper有watch機制,能夠監聽到數據的變化從而觸發watch,watch有如下特色:

• 主動推送　 Watch被觸發時，由 Zookeeper 服務器主動將更新推送給客戶端，而不須要客戶端輪詢。

• 一次性　 數據變化時，Watch 只會被觸發一次。若是客戶端想獲得後續更新的通知，必需要在 Watch 被觸發後從新註冊一個Watch。

• 可見性　 若是一個客戶端在讀請求中附帶 Watch，Watch 被觸發的同時再次讀取數據，客戶端在獲得 Watch消息以前確定不可能看到更新後的數據。換句話說，更新通知先於更新結果。

• 順序性　 若是多個更新觸發了多個 Watch ，那 Watch 被觸發的順序與更新順序一致。

基於zookeeper的分佈式鎖有兩種實現方式:公平模式和非公平模式,能夠利用zookeeper的節點的這幾種特性來實現不一樣的分佈式鎖

一.非公平模式:

1. 競爭鎖:

   非公平模式的zookeeper的分佈式鎖使用的是Non-sequence+Ephemeral節點實現的,此節點的實現方式和Redis實現分佈式鎖的實現方式比較相似.

   zookeeper因爲Non-sequence節點的特性,在建立節點時,多個節點只會建立一個成功,這個節點就是主節點,其他的節點就是follower,這樣就保證了只有一個線程可以拿到鎖

2. 釋放鎖:

   因爲Ephemeral節點的存在,鎖的得到者應該可以正確釋放已經得到的鎖，而且當得到鎖的進程宕機時，鎖應該自動釋放，從而使得其它競爭方能夠得到該鎖，從而避免出現死鎖的狀態

   或者leader主動釋放鎖,而且當領導所在進程宕機時，領導權應該自動釋放，從而使得其它參與者可從新競爭領導而避免進入無主狀態

3. 感知鎖的釋放:

   感知鎖的釋放主要是watch機制的存在,在leader釋放鎖時,節點刪除,其餘線程會感知到鎖的釋放,從而競爭鎖

總結:

非公平模式實現簡單，每一輪選舉方法都徹底同樣
競爭參與方很少的狀況下，效率高。每一個 Follower 經過 Watch 感知到節點被刪除的時間不徹底同樣，只要有一個 Follower 獲得通知即發起競選，便可保證當時有新的 Leader 被選出
給Zookeeper 集羣形成的負載大，所以擴展性差。若是有上萬個客戶端都參與競選，意味着同時會有上萬個寫請求發送給 Zookeper。如《Zookeeper架構》一文所述，Zookeeper 存在單點寫的問題，寫性能不高。同時一旦 Leader 放棄領導權，Zookeeper 須要同時通知上萬個 Follower，負載較大。

二.公平模式:

1. 競爭鎖:

   公平鎖主要依據的是zookeeper的Sequence+Ephemeral節點的特性實現的
      在線程啓動時會根據線程進行編號,因爲Sequence節點的特性,每一個線程均能成功建立出節點,此處節點的選舉有些相似於zookeeper的選舉,在啓動時會根據節點的編號順序來指定主節點,例若有三個節點,編號分別爲1,2,3,此時會指定最小的節點爲leader,其他的節點爲follower,同時此節點對應的線程watch是比本身節點小的節點,也就是說3線程watch2節點,2線程watch1節點

1. 釋放鎖:

   Leader 若是主動放棄領導權，直接刪除其建立的節點便可.
      若是 Leader 所在進程意外宕機，其與 Zookeeper 間的 Session 結束，因爲其建立的節點爲Ephemeral類型，故該節點自動被刪除.

2. 感知鎖的釋放:

   與非公平模式不一樣，每一個 Follower 並不是都 Watch 由 Leader 建立出來的節點，而是 Watch 序號恰好比本身序號小的節點,因此主節點釋放後恰好比主節點序號大的節點就會感知到,好比:1節點釋放後2線程會watch到1節點釋放鎖從而競爭鎖,可是在競爭鎖以前會判斷此節點是不是最小的節點,若是不是仍然不會成爲主節點.(1節點釋放鎖以前2節點宕機的狀況下,3線程會watch到2節點的釋放,此時3線程會判斷3節點是不是最小的節點,因爲此時1節點沒有刪除,因此3節點不會成爲leader,而且3線程會watch比2節點小的節點也就是1節點)

總結:

實現相對複雜
擴展性好，每一個客戶端都只 Watch 一個節點且每次節點被刪除只須通知一個客戶端
舊 Leader 放棄領導權時，其它客戶端根據競選的前後順序（也即節點序號）成爲新 Leader，這也是公平模式的由來
延遲相對非公平模式要高，由於它必須等待特定節點獲得通知才能選出新的 Leader

本文參考自深刻淺出Zookeeper（二） 基於Zookeeper的分佈式鎖與領導選舉