一、什么是Zookeeper？
Zookeeper（业界简称zk）是一种提供配置管理、分散式协同以及命名的中心化服务，这些提供的功能都是分散式系统中非常底层且必不可少的基本功能，但是如果自己实现这些功能而且要达到高吞吐、低延迟同时还要保持一致性和可用性，实际上非常困难。因此zookeeper提供了这些功能，开发者在zookeeper之上构建自己的各种分散式系统。虽然zookeeper的实现比较复杂，但是它提供的模型抽象却是非常简单的。Zookeeper提供一个多层级的节点名称空间（节点称为znode），每个节点都用一个以斜杠（/）分隔的路径表示，而且每个节点都有父节点（根节点除外），非常类似于档案系统。例如，/zookeeper/config表示一个znode，它的父节点为/zookeeper，父父节点要为根节点/，根节点/没有父节点，通过在zkClient执行ls命令可以检视其内存目录结构：
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 18] ls /
[lock, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 19] ls /zookeeper
[config, quota]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 20] ls /zookeeper/config
[]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 21] get /zookeeper/config
Zookeeper内存目录结构与档案系统不同的是，这些节点都可以设定关联的资料，可以通过get命令获取其关联的资料，而档案系统中只有档案节点可以存放资料而目录节点不行。Zookeeper为了保证高吞吐和低延迟，在内存中维护了这个树状的目录结构，这种特性使得Zookeeper不能用于存放大量的资料，每个节点的存放资料上限为1M。
而为了保证高可用，zookeeper需要以丛集形态来部署，这样只要丛集中大部分机器是可用的（能够容忍一定的机器故障），那么zookeeper本身仍然是可用的。客户端在使用zookeeper时，需要知道丛集机器列表，通过与丛集中的某一台机器建立TCP连线来使用服务，客户端使用这个TCP连结来发送请求、获取结果、获取监听事件以及传送心跳包。如果这个连线异常断开了，客户端可以连线到另外的机器上。
架构简图如下所示：
客户端的读请求可以被丛集中的任意一台机器处理，如果读请求在节点上注册了监听器，这个监听器也是由所连线的zookeeper机器来处理。对于写请求，这些请求会同时发给其他zookeeper机器并且达成一致后，请求才会返回成功。因此，随着zookeeper的丛集机器增多，读请求的吞吐会提高但是写请求的吞吐会下降。
有序性是zookeeper中非常重要的一个特性，所有的更新都是全域性有序的，每个更新都有一个唯一的时间戳，这个时间戳称为zxid（Zookeeper Transaction Id）。而读请求只会相对于更新有序，也就是读请求的返回结果中会带有这个zookeeper最新的zxid。
如何使用zookeeper实现分散式锁？
在描述算法流程之前，先看下zookeeper中几个关于节点的有趣的性质：
有序节点：假如当前有一个父节点为/lock，我们可以在这个父节点下面建立子节点；zookeeper提供了一个可选的有序特性，例如我们可以建立子节点“/lock/node-”并且指明有序，那么zookeeper在生成子节点时会根据当前的子节点数量自动新增整数序号，也就是说如果是第一个建立的子节点，那么生成的子节点为/lock/node-0000000000，下一个节点则为/lock/node-0000000001，依次类推。临时节点：客户端可以建立一个临时节点，在会话结束或者会话超时后，zookeeper会自动删除该节点。事件监听：在读取资料时，我们可以同时对节点设定事件监听，当节点资料或结构变化时，zookeeper会通知客户端。当前zookeeper有如下四种事件：1）节点建立；2）节点删除；3）节点资料修改；4）子节点变更。
二、分散式锁
分散式锁，这个主要得益于 ZooKeeper 为我们保证了资料的强一致性。锁服务可以分为两类，一个是 保持独占，另一个是 控制时序。1. 保持独占，就是所有试图来获取这个锁的客户端，最终只有一个可以成功获得这把锁。通常的做法是把 zk 上的一个 znode 看作是一把锁，通过 create znode 的方式来实现。所有客户端都去建立 /lock/xxxxx 节点，最终成功建立的那个客户端就可以认为成功的拥有了这把锁，可以继续执行后面的业务逻辑，建立不成功的节点会收到异常的提示。
成功获取锁的节点继续执行后续的业务逻辑，不过可能发生的情况是该服务正在执行业务逻辑时挂掉了，如服务器掉电了，这个时候该服务就不能够正常的从Zookeeper删除其建立的锁节点，为了避免死锁的发生，建立独占锁时指定的节点型别为临时节点，Zookeeper会监控该服务建立的所有临时节点，如果该服务与Zookeeper的Session断开了，则所有的临时节点都会被删除掉，从而避免了死锁的发生。
2. 控制时序，就是所有检视来获取这个锁的客户端，最终都是会被安排执行，只是有个全域性时序控制其执行的顺序。做法和上面基本类似，只是这里 /lock 已经预先存在，客户端在它下面建立临时有序节点（这个可以通过节点的CreateMode属性控制，指定其值为CreateMode.EPHEMERALSEQUENTIAL 即表示为时有序节点）。Zk 的父节点（/lock）维持一份 sequence, 保证子节点建立的时序性，从而也形成了每个客户端的全域性时序。
时序节点分散式锁算法流程如下：
客户端连线zookeeper，并在/lock下建立临时的且有序的子节点，第一个客户端对应的子节点为/lock/lock-0000000000，第二个为/lock/lock-0000000001，以此类推；客户端获取/lock下的子节点列表，判断自己建立的子节点是否为当前子节点列表中序号最小的子节点，如果是则认为获得锁，否则监听刚好在自己之前一位的子节点删除讯息，获得子节点变更通知后重复此步骤直至获得锁；执行业务程式码；完成业务流程后，删除对应的子节点释放锁。
三、实现分散式控制的Java实现
1、Curator介绍Apache Curator是一个比较完善的ZooKeeper客户端框架，是Netflix公司开源的一个ZooKeeper客户端封装，通过封装的一套高阶API 简化了ZooKeeper的操作。通过检视官方文件，可以发现Curator主要解决了三类问题：
封装ZooKeeper client与ZooKeeper server之间的连线处理提供了一套Fluent风格的操作API提供ZooKeeper各种应用场景(recipe， 比如：分散式锁服务、丛集领导选举、共享计数器、快取机制、分散式伫列等)的抽象封装Curator主要从以下几个方面降低了zk使用的复杂性：
重试机制:提供可插拔的重试机制, 它将给捕获所有可恢复的异常配置一个重试策略，并且内部也提供了几种标准的重试策略(比如指数补偿)连线状态监控: Curator初始化之后会一直对zk连线进行监听，一旦发现连线状态发生变化将会作出相应的处理zk客户端例项管理:Curator会对zk客户端到server丛集的连线进行管理，并在需要的时候重建zk例项，保证与zk丛集连线的可靠性各种使用场景支援:Curator实现了zk支援的大部分使用场景（甚至包括zk自身不支援的场景），这些实现都遵循了zk的最佳实践，并考虑了各种极端情况2、Curator与Spring的整合
1）POM依赖
org.apache.curator
curator-recipes
4.2.0
org.apache.curator
curator-framework
4.2.0
2）Spring初使化配置档案，如applicationContext-zookeeper.xml
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
xmlns:jee="http://www.springframework.org/schema/jee" xmlns:jdbc="http://www.springframework.org/schema/jdbc"
xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util"
xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/jee http://www.springframework.org/schema/jee/spring-jee-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/jdbc http://www.springframework.org/schema/jdbc/spring-jdbc-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/tx http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/util http://www.springframework.org/schema/util/spring-util-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/aop http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-4.3.xsd
http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-4.3.xsd">
ZK与Spring整合，启动专案时建立与ZK的连线
factory-method="newClient" init-method="start">
3）建立Zookeeper Curator的工具类（可以有也可以没有）
import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.Resource;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.imps.CuratorFrameworkState;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.springframework.stereotype.Service;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
/**
*
* @author fenglibin
*
*/
@Service
@Slf4j
public class ZKCuratorUtil {
// ZK客户端
@Resource(name = "curatorFramework")
private CuratorFramework curatorFramework;
public ZKCuratorUtil(CuratorFramework curatorFramework) {
this.curatorFramework = curatorFramework;
}
/**
* 初始化操作
*/
@PostConstruct
public void init() {
log.info("Use zookeeper as the zookeeper\'s name space.");
// 使用名称空间
curatorFramework = curatorFramework.usingNamespace("zookeeper");
}
/**
* 获取Zookeeper客户端连线
*
* @return
*/
public CuratorFramework getCuratorFramework() {
return curatorFramework;
}
public ZooKeeper getZooKeeper() throws Exception {
return getCuratorFramework().getZookeeperClient().getZooKeeper();
}
/**
* 判断ZK是否连线
*
* @return
*/
public boolean isStarted() {
return curatorFramework != null
&& (curatorFramework.getState() == CuratorFrameworkState.STARTED);
}
/**
* 判断是否已经停止
*
* @return
*/
public boolean isStoped() {
return curatorFramework == null
|| (curatorFramework.getState() == CuratorFrameworkState.STOPPED);
}
}
4）单元测试类
该单元测试实现的是一个独占锁，以确保交易系统中幂等实现逻辑。
业务测试程式码如下：
@Resource
private RedisTemplate redisTemplate;
@Resource
private ZKCuratorUtil zkCuratorUtil;
//该路径必须先在zookeeper中建立，否则会报错
private String lockPath = "/lock/";
@Test
public void testZookeeperLock() {
// 用于判断交易唯一性和合法性的Token，在交易执行之前先储存在服务端，
// 并且下发给客户端，客户端会在执行交易之前把Token带上，没带Token的
// 请求、Token不存在的服务端的请求、Token不正确的请求都视为非法请求
String token = "...";
String key = MD5Util.md5Of32(token);
String currentLockPath = new StringBuilder(lockPath).append(key).toString();
boolean isGetLock = false;
boolean handleSuccess = false;
try {
isGetLock = isGetLock(currentLockPath);
if (!isGetLock) {
log.warn("当前交易正在被处理中");
return;
}
log.info("处理交易开始");
String storedToken = redisTemplate.opsForValue().get(key);
// 判断Token是否存在且合法
if (!token.equals(storedToken)) {
log.warn("指定的Token不存在.");
return;
}
handleSuccess = true;
log.info("处理交易结束");
} catch (Exception e) {
log.info("处理发生异常", e);
} finally {
if (handleSuccess) {
// 限制了单个Token只能够执行一笔记交易，因而执行成功后将其删除
List keys = new ArrayList();
keys.add(key);// 限制了单个Token只能够执行一笔记交易，因而执行成功后将其删除
}
if (isGetLock) {
// 从Zookeeper删除用于锁定的key
try {
zkCuratorUtil.getZooKeeper().delete(currentLockPath, -1);
} catch (Exception e) {
log.error("Delete zookeeper path:" + currentLockPath + " failed.", e);
}
}
}
}
/**
* 使用在Zookeeper建立临时节点的机制，如果建立成功，则认为其获取锁成功，
* 如果建立节点失败，则认为锁获取失败。
* @param currentLockPath 待建立的锁节点
* @return
*/
public boolean isGetLock(String currentLockPath) {
String nowDate = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
try {
//在Zookeeper建立指定的临时节点，如果节点已经存在了，会丢掷异常
zkCuratorUtil.getZooKeeper().create(currentLockPath, nowDate.getBytes(),
Ids.READ_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
} catch (Exception e) {
return false;
}
return true;
}
参考：
https://blog.csdn.net/qiangcuo6087/article/details/79067136
https://www.cnblogs.com/toov5/p/9899489.html
https://www.zifangsky.cn/1166.html
