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C# 實現(xiàn)Zookeeper分布式鎖的參考示例

 更新時間:2021年06月24日 10:43:28   作者:沒有星星的夏季  
Zookeeper分布式鎖的原理是巧妙的是使用了znode臨時節(jié)點的特點和監(jiān)聽(watcher)機制,監(jiān)聽機制很簡單,就是我們可以給znode添加一個監(jiān)聽器,當znode節(jié)點狀態(tài)發(fā)生改變時(如:數(shù)據(jù)內容改變,節(jié)點被刪除),會通知到監(jiān)聽器。本文講解使用c#實現(xiàn)該功能

  分布式鎖 

  互聯(lián)網(wǎng)初期,我們系統(tǒng)一般都是單點部署,也就是在一臺服務器完成系統(tǒng)的部署,后期隨著用戶量的增加,服務器的壓力也越來越大,響應速度越來越慢,甚至出現(xiàn)服務器崩潰的情況。

  為解決服務器壓力太大,響應慢的特點,分布式系統(tǒng)部署出現(xiàn)了。

  簡單的說,就是我們將系統(tǒng)資源部署到多臺服務器中,然后使用一臺服務器做入口代理,根據(jù)一些決策將接收到的請求轉發(fā)到資源服務器,這也就是我們常說的 反向代理(一般就是使用nginx)

   雖然分布式解決了服務器壓力的問題,但也帶來了新的問題。

  比如,我們有一個下單統(tǒng)計的功能,當完成下單后,需要執(zhí)行統(tǒng)計功能,而在高訪問的情況下,可能有兩個下單請求(A和B)同時完成,然后一起執(zhí)行了統(tǒng)計功能,這樣可能導致的結果就是A請求未將B請求數(shù)據(jù)統(tǒng)計在內,而B請求可能也未將A請求數(shù)據(jù)統(tǒng)計在內,這樣就造成了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計錯,這個問題的產(chǎn)生的根本原因就是統(tǒng)計功能的并發(fā)導致的,如果是單點部署的系統(tǒng),我們簡單的使用一個鎖操作就能完成了,但是在分布式環(huán)境下,A和B請求可能同時運行在兩個服務器中,普通的鎖就不能起到效果了,這個時候就要使用分布式鎖了。 

  Zookeeper分布式鎖原理

  分布式鎖的實現(xiàn)發(fā)放有多種,簡單的,我們可以使用數(shù)據(jù)庫表去實現(xiàn)它,也可以使用redis去實現(xiàn)它,這里要使用的Zookeeper去實現(xiàn)分布式鎖

  Zookeeper分布式鎖的原理是巧妙的是使用了znode臨時節(jié)點的特點和監(jiān)聽(watcher)機制,監(jiān)聽機制很簡單,就是我們可以給znode添加一個監(jiān)聽器,當znode節(jié)點狀態(tài)發(fā)生改變時(如:數(shù)據(jù)內容改變,節(jié)點被刪除),會通知到監(jiān)聽器。

  前面幾節(jié)介紹過znode有三種類型  

  PERSISTENT:持久節(jié)點,即使在創(chuàng)建該特定znode的客戶端斷開連接后,持久節(jié)點仍然存在。默認情況下,除非另有說明,否則所有znode都是持久的。
  EPHEMERAL:臨時節(jié)點,客戶端是連接狀態(tài)時,臨時節(jié)點就是有效的。當客戶端與ZooKeeper集合斷開連接時,臨時節(jié)點會自動刪除。臨時節(jié)點不允許有子節(jié)點。臨時節(jié)點在leader選舉中起著重要作用。
  SEQUENTIAL:順序節(jié)點,可以是持久的或臨時的。當一個新的znode被創(chuàng)建為一個順序節(jié)點時,ZooKeeper通過將10位的序列號附加到原始名稱來設置znode的路徑,順序節(jié)點在鎖定和同步中起重要作用。

  其中,順序節(jié)點,可以是持久的或臨時的,而臨時節(jié)點有個特點,就是它屬于創(chuàng)建它的那個會話,當會話斷開,臨時節(jié)點就會自動刪除,如果在臨時節(jié)點上注冊了監(jiān)聽器,那么監(jiān)聽器就會收到通知,如果臨時節(jié)點有了時間順序,那我們?yōu)閷崿F(xiàn)分布式鎖就又有一個想法:

  假如在Zookeeper中有一個znode節(jié)點/Locker

  1、當client1連接Zookeeper時,先判斷/Locker節(jié)點是否存在子節(jié)點,如果沒有子節(jié)點,那么會在/Locker節(jié)點下創(chuàng)建一個臨時順序的znode節(jié)點,假如是/client1,表示client1獲取了鎖狀態(tài),client1可以繼續(xù)執(zhí)行。

  2、當client2連接Zookeeper時,先判斷/Locker節(jié)點是否存在子節(jié)點,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在子節(jié)點了,然后獲取/Locker下的所有子節(jié)點,同時按時間順序排序,在最后一個節(jié)點,也就是/client1節(jié)點上注冊一個監(jiān)聽器(watcher1),同時在/Locker節(jié)點下創(chuàng)建一個臨時順序的znode節(jié)點,假如是/client2。同時client2將被阻塞,而阻塞狀態(tài)的釋放是在監(jiān)聽器(watcher1)中的。

  3、當client3連接Zookeeper時,先判斷/Locker節(jié)點是否存在子節(jié)點,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在子節(jié)點了,然后獲取/Locker下的所有子節(jié)點,同時按時間順序排序,在最后一個節(jié)點,也就是/client2節(jié)點上注冊一個監(jiān)聽器(watcher2),同時在/Locker節(jié)點下創(chuàng)建一個臨時順序的znode節(jié)點,假如是/client3。同時client2將被阻塞,而阻塞狀態(tài)的釋放是在監(jiān)聽器(watcher2)中的。

  以此類推。

  4、當client1執(zhí)行完操作了,斷開Zookeeper的連接,因為/client1是臨時順序節(jié)點,于是將會自動刪除,而client2已經(jīng)往/client1節(jié)點中注冊了一個監(jiān)聽器(watcher1),于是watcher1將會受到通知,而watcher1又會釋放client2的阻塞狀態(tài)。于是client2獲取鎖狀態(tài),繼續(xù)執(zhí)行。

  5、當client2執(zhí)行完操作了,斷開Zookeeper的連接,因為/client2是臨時順序節(jié)點,于是將會自動刪除,而client3已經(jīng)往/client2節(jié)點中注冊了一個監(jiān)聽器(watcher2),于是watcher2將會受到通知,而watcher2又會釋放client3的阻塞狀態(tài)。于是client3獲取鎖狀態(tài),繼續(xù)執(zhí)行。

  以此類推。

  這樣,不管分布式環(huán)境中有幾臺服務器,都可以保證程序的排隊似的執(zhí)行了。

  C#實現(xiàn)Zookeeper分布式鎖

  上一節(jié)有封裝過一個ZookeeperHelper的輔助類(Zookeeper基礎教程(四):C#連接使用Zookeeper),使用這個輔助類實現(xiàn)了一個ZookeeperLocker類: 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace AspNetCore.ZookeeperConsole
{
    /// <summary>
    /// 基于Zookeeper的分布式鎖
    /// </summary>
    public class ZookeeperLocker : IDisposable
    {
        /// <summary>
        /// 單點鎖
        /// </summary>
        static object locker = new object();
        /// <summary>
        /// Zookeeper集群地址
        /// </summary>
        string[] address;
        /// <summary>
        /// Zookeeper操作輔助類
        /// </summary>
        ZookeeperHelper zookeeperHelper;

        /// <summary>
        /// 構造函數(shù)
        /// </summary>
        /// <param name="lockerPath">分布式鎖的根路徑</param>
        /// <param name="address">集群地址</param>
        public ZookeeperLocker(string lockerPath, params string[] address) : this(lockerPath, 0, address)
        {
        }
        /// <summary>
        /// 構造函數(shù)
        /// </summary>
        /// <param name="lockerPath">分布式鎖的根路徑</param>
        /// <param name="sessionTimeout">回話過期時間</param>
        /// <param name="address">集群地址</param>
        public ZookeeperLocker(string lockerPath, int sessionTimeout, params string[] address)
        {
            this.address = address.ToArray();

            zookeeperHelper = new ZookeeperHelper(address, lockerPath);
            if (sessionTimeout > 0)
            {
                zookeeperHelper.SessionTimeout = sessionTimeout;
            }
            if (!zookeeperHelper.Connect())
            {
                throw new Exception("connect failed:" + string.Join(",", address));
            }
            lock (locker)
            {
                if (!zookeeperHelper.Exists())//根節(jié)點不存在則創(chuàng)建
                {
                    zookeeperHelper.SetData("", "", true);
                }
            }
        }
        /// <summary>
        /// 生成一個鎖
        /// </summary>
        /// <returns>返回鎖名</returns>
        public string CreateLock()
        {
            var path = Guid.NewGuid().ToString().Replace("-", "");
            while (zookeeperHelper.Exists(path))
            {
                path = Guid.NewGuid().ToString().Replace("-", "");
            }
            return CreateLock(path);
        }
        /// <summary>
        /// 使用指定的路徑名稱設置鎖
        /// </summary>
        /// <param name="path">鎖名,不能包含路徑分隔符(/)</param>
        /// <returns>返回鎖名</returns>
        public string CreateLock(string path)
        {
            if (path.Contains("/"))
            {
                throw new ArgumentException("invalid path");
            }
            return zookeeperHelper.SetData(path, "", false, true);
        }
        /// <summary>
        /// 獲取鎖
        /// </summary>
        /// <param name="path">鎖名</param>
        /// <returns>如果獲得鎖返回true,否則一直等待</returns>
        public bool Lock(string path)
        {
            return LockAsync(path).GetAwaiter().GetResult();
        }
        /// <summary>
        /// 獲取鎖
        /// </summary>
        /// <param name="path">鎖名</param>
        /// <param name="millisecondsTimeout">超時時間,單位:毫秒</param>
        /// <returns>如果獲得鎖返回true,否則等待指定時間后返回false</returns>
        public bool Lock(string path, int millisecondsTimeout)
        {
            return LockAsync(path, millisecondsTimeout).GetAwaiter().GetResult();
        }
        /// <summary>
        /// 異步獲取鎖等等
        /// </summary>
        /// <param name="path">鎖名</param>
        /// <returns>如果獲得鎖返回true,否則一直等待</returns>
        public async Task<bool> LockAsync(string path)
        {
            return await LockAsync(path, System.Threading.Timeout.Infinite);
        }
        /// <summary>
        /// 異步獲取鎖等等
        /// </summary>
        /// <param name="path">鎖名</param>
        /// <param name="millisecondsTimeout">超時時間,單位:毫秒</param>
        /// <returns>如果獲得鎖返回true,否則等待指定時間后返回false</returns>
        public async Task<bool> LockAsync(string path, int millisecondsTimeout)
        {
            var array = await zookeeperHelper.GetChildrenAsync("", true);
            if (array != null && array.Length > 0)
            {
                var first = array.FirstOrDefault();
                if (first == path)//正好是優(yōu)先級最高的,則獲得鎖
                {
                    return true;
                }

                var index = array.ToList().IndexOf(path);
                if (index > 0)
                {
                    //否則添加監(jiān)聽
                    var are = new AutoResetEvent(false);
                    var watcher = new NodeWatcher();
                    watcher.NodeDeleted += (ze) =>
                    {
                        are.Set();
                    };
                    if (await zookeeperHelper.WatchAsync(array[index - 1], watcher))//監(jiān)聽順序節(jié)點中的前一個節(jié)點
                    {
                        if (!are.WaitOne(millisecondsTimeout))
                        {
                            return false;
                        }
                    }

                    are.Dispose();
                }
                else
                {
                    throw new InvalidOperationException($"no locker found in path:{zookeeperHelper.CurrentPath}");
                }
            }
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 釋放資源
        /// </summary>
        public void Dispose()
        {
            zookeeperHelper.Dispose();
        }
    }
}

  現(xiàn)在寫個程序可以模擬一下

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace AspNetCore.ZookeeperConsole
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //Zookeeper連接字符串,采用host:port格式,多個地址之間使用逗號(,)隔開
            string[] address = new string[] { "192.168.209.133:2181", "192.168.209.133:2181", "192.168.209.133:2181" };
            //會話超時時間,單位毫秒
            int sessionTimeOut = 10000;
            //鎖節(jié)點根路徑
            string lockerPath = "/Locker";

            for (var i = 0; i < 10; i++)
            {
                string client = "client" + i;
                //多線程模擬并發(fā)
                new Thread(() =>
                {
                    using (ZookeeperLocker zookeeperLocker = new ZookeeperLocker(lockerPath, sessionTimeOut, address))
                    {
                        string path = zookeeperLocker.CreateLock();
                        if (zookeeperLocker.Lock(path))
                        {
                            //模擬處理過程
                            Console.WriteLine($"【{client}】獲得鎖:{DateTime.Now}");
                            Thread.Sleep(3000);
                            Console.WriteLine($"【{client}】處理完成:{DateTime.Now}");
                        }
                        else
                        {
                            Console.WriteLine($"【{client}】獲得鎖失敗:{DateTime.Now}");
                        }
                    }
                }).Start();
            }
                        
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

  運行結果如下:

   

   可以發(fā)現(xiàn),鎖功能是實現(xiàn)了的

  如果程序運行中打印日志:Client session timed out, have not heard from server in 8853ms for sessionid 0x1000000ec5500b2

  或者直接拋出異常:org.apache.zookeeper.KeeperException.ConnectionLossException:“Exception_WasThrown”

  只需要適當調整sessionTimeOut時間即可

以上就是C# 實現(xiàn)Zookeeper分布式鎖的參考示例的詳細內容,更多關于C# 實現(xiàn)Zookeeper分布式鎖的資料請關注腳本之家其它相關文章!

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