如何基于Zookeeper实现分布式锁？请描述核心流程并分析可能的问题

题目

如何基于Zookeeper实现分布式锁？请描述核心流程并分析可能的问题

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

Zookeeper节点特性,Watch机制,分布式锁实现原理,故障处理

快速回答

Zookeeper实现分布式锁的核心流程：

1. 所有客户端在锁节点（如/locks/resource1）下创建临时顺序节点
2. 客户端获取所有子节点并判断自己是否是最小节点，若是则获得锁
3. 若非最小节点，则监听前一个节点的删除事件
4. 锁释放时删除自身节点，触发后续节点的Watch

关键注意事项：

• 使用临时节点避免死锁
• 顺序节点保障公平性
• 处理Session过期导致的节点消失

1. 核心实现原理

Zookeeper通过临时顺序节点+Watch机制实现分布式锁：

• 临时节点（Ephemeral）：客户端会话结束时自动删除，避免死锁
• 顺序节点（Sequential）：Zookeeper自动追加单调递增后缀，实现锁的公平排队
• Watch机制：监听前序节点删除事件，减少轮询开销

2. 完整流程与代码示例（Java）

// 使用Curator框架示例（实际推荐使用成熟框架）
public class ZkDistributedLock {
    private final CuratorFramework client;
    private final String lockPath;
    private String currentPath;

    public boolean lock() throws Exception {
        // 1. 创建临时顺序节点
        currentPath = client.create()
            .withMode(CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL)
            .forPath("/locks/resource-");

        // 2. 获取所有子节点并排序
        List<String> children = client.getChildren().forPath("/locks");
        Collections.sort(children);

        // 3. 判断是否是最小节点
        if (currentPath.equals("/locks/" + children.get(0))) {
            return true; // 获得锁
        }

        // 4. 监听前一个节点
        int currentIndex = children.indexOf(currentPath.substring(7));
        String prevNode = children.get(currentIndex - 1);
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        Watcher watcher = event -> {
            if (event.getType() == EventType.NodeDeleted) {
                latch.countDown();
            }
        };
        client.checkExists().usingWatcher(watcher).forPath("/locks/" + prevNode);

        // 5. 等待前序节点释放
        latch.await();
        return true;
    }

    public void unlock() throws Exception {
        client.delete().forPath(currentPath); // 删除节点触发后续Watch
    }
}

3. 最佳实践

• 使用成熟框架：优先选用Curator的InterProcessMutex，避免手动实现漏洞
• 锁重入设计：在节点数据中存储客户端ID和重入计数
• 超时机制：latch.await(timeout, unit)防止永久阻塞
• 锁路径规划：按业务资源命名（如/locks/order_pay_123）

4. 常见问题与解决方案

5. 扩展知识

• 对比Redis分布式锁：Zookeeper强一致性保障锁安全，但性能低于Redis（ZK写操作需集群多数确认）
• 读写锁实现：创建READ_和WRITE_前缀节点，判断规则：
  • 写锁：必须是序号最小的节点
  • 读锁：所有更小节点不能是写锁
• 锁共享数据：在节点中存储锁状态（如{"owner":"client1","ts":1630000000}）

6. 生产环境建议

• Zookeeper集群至少3节点（推荐5节点），部署奇数台
• 监控znode数量增长（避免锁节点无限累积）
• 压测锁操作TPS，单机性能约1w-2w QPS
• 避免在锁竞争激烈场景使用（如秒杀），考虑Redis或etcd方案