【Zookeeper】编程实战之Zookeeper分布式锁实现秒杀

1. Zookeeper简述

    我们要了解一样技术，首先应该要到它的官网，因为官网的信息一般都是最准确的，如下图是Zookeeper官网对它的介绍。

    从官网的介绍中，可以总结出，Zookeeper是一个集中式服务，它能够实现高度可靠的分布式协调，可用于开发和维护开源服务器。

    除了官网的解释外，我的观点是还可以这样理解。它也相当于是一个数据库，具有数据同步和选举功能，能够用来存储一些信息，可用于解决大数据集群的单点故障问题。Zookeeper有leader和follow两种角色，当leader的节点宕掉之后，会自动选举出新的leader，如果只剩一个节点活着，就是standalone状态。Zookeeper各个节点之间的数据会自动同步，比如在Zookeeper集群的A节点存储数据，那么这份数据也会自动拷贝到集群中另外的节点上。在Hadoop、Storm、Spark集群都可以使用Zookeeper实现高可用（HA），防止出现单点故障。

2. 为什么要加锁

    在多线程编程中，必须要考虑到线程安全问题，当共享数据被高并发访问时，会破坏数据的一致性。比如抢购商品，商品数量为1，有两个用户（线程）同时对它进行访问，当第一个线程拿到数据，还没有对数量执行减1操作的这段时间，第二个线程在这个时间段也拿到了数据，两个线程都对商品数量进行减1操作的话，就会出现商品数量是 -1 的数据，就违背了实际原则。

    因此，在程序中引入了锁，在线程访问共享数据之前，首先要请求锁，当得到这把锁的时候，才能够访问共享数据，使用完以后再归还这把锁。如果锁已经被一个线程获取，其它线程就请求不到锁，就执行重试策略，进入等待状态，不会访问共享数据，也就保证了数据的一致性。

3. 编程实战

 3.1 原理

  3.2 实现

    3.2.1 代码

        (1) 创建Maven项目，并在pom文件中加入以下依赖

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>3.8.1</version>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-framework</artifactId>
        <version>4.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-recipes</artifactId>
        <version>4.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.curator</groupId>
        <artifactId>curator-client</artifactId>
        <version>4.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
        <artifactId>zookeeper</artifactId>
        <version>3.4.6</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.google.guava</groupId>
        <artifactId>guava</artifactId>
        <version>16.0.1</version>
    </dependency>
</dependencies>

        (2) Product.java

package com.nova;
/**
 * 
 * @author Supernova
 * @date 2018/06/16
 *
 */
public class Product {
    // 商品数量,这里默认共有8件商品
    private static int number = 5;

    public static int getNumber() {
        return number;
    }

    public static void setNumber(int number) {
        Product.number = number;
    }
    
}

        (2) Client.java

package com.nova;

import org.apache.curator.RetryPolicy;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
/**
 * 
 * @author Supernova
 * @date 2018/06/16
 *
 */
public class Client {
    /*
     * 抢购商品的方法 
     * 作用：访问共享资源,获取并更新商品数量
     */
    public static void buy() {
        System.out.println("--------【"+Thread.currentThread().getName()+"】开始购买-------");
        //获取商品数量
        int currentNumber = Product.getNumber();
        /*
         * 如果商品数量为0,则不能购买
         * 如果还有商品,则执行购买操作
         */
        if(currentNumber == 0 ) {
            System.out.println("商品已被抢空！！！");
        }else {
            System.out.println("当前商品数量："+currentNumber);
            
            //购买后商品数量减1
            currentNumber--;
            Product.setNumber(currentNumber);
            
            //为了便于观察程序的运行结果，这里使线程在执行购买操作后，停顿3秒
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("--------【"+Thread.currentThread().getName()+"】  购买结束-------");
    }

    public static void main(String[] args) {
        /*
         * 定义重试策略：等待2秒,重试10次
         * 第一个参数：等待时间
         * 第二个参数：重试次数
         */
        RetryPolicy policy = new ExponentialBackoffRetry(2000, 10);
        
        /*
         * 创建客户端向zookeeper请求锁
         * connectString() : zookeeper地址
         * retryPolicy() : 重试策略
         */
        CuratorFramework curatorFramework = CuratorFrameworkFactory.builder().connectString("192.168.243.11").retryPolicy(policy).build();
        //启用
        curatorFramework.start();

        //获取zookeeper锁的信息
        final InterProcessMutex mutex = new InterProcessMutex(curatorFramework, "/myMutex");

        /*
         * 创建8个线程模拟8个客户端并发访问
         * 
         */
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //请求锁资源，如果没有得到锁资源，就会执行重试策略
                        mutex.acquire();
                        //开始访问共享资源，这里是访问商品信息
                        buy();
                        
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }finally {
                        try {
                            //将锁归还
                            mutex.release();
                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }

    }
}

    3.2.2 运行测试

        (1) 启动Zookeeper。通过Putty连接VM的Linux系统，我是在Hadoop伪分布的机器上启动的Zookeeper，只启动一个Zookeeper节点，因此是standalone的状态。 

        

        (2) 运行Java程序，程序运行结果如下图

        

    可以看到运行的结果是线程安全的，只有在一个线程购买商品操作结束后，另一个线程才能接着购买。保证了数据的一致性。那么，如果去掉锁的情况是如何的呢？

    (3) 将请求锁的代码mutex.acquire();和mutex.release();注释掉之后。运行结果如下：

        

    从运行结果可以看出，如果没有锁的限制，程序运行的结果将会混乱。