Zookeeper 客户端 Api 的基本使用

wjy0

2019-11-19

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零版本

JDK 版本 : OpenJDK 11.0.1

IDE : idea 2018.3

Zookeeper Server 版本 : 3.5.4-beta

Zookeeper Client 版本 : 3.5.4-beta

Curator 版本 : 4.2.0

一 Zookeeper Client

Zookeeper Client 是 Zookeeper 的经典原生客户端。使用之前需要在 Maven 中导入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.5.4-beta</version>
</dependency>

代码：

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ClientTest {

    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 创建一个 Zookeeper 的实例
         * 此处为一个集群，Zookeeper 的 ip 之间用逗号隔开
         *
         * 参数解释：
         * param 1 - Zookeeper 的实例 ip ，此处是一个集群，所以配置了多个 ip，用逗号隔开
         * param 2 - session 过期时间，单位秒 (1000)
         * param 3 - 监视者，用于获取监控事件 (MyWatch)
         */
        ZooKeeper zooKeeper = null;
        try {
            Watcher createZkWatch = new MyWatch();
            zooKeeper = new ZooKeeper("localhost:2101,localhost:2102,localhost:2103",
                    1000,createZkWatch);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 值得注意的是，Zookeeper 对象去连接中间件实例是异步的
         * 所以此处需要做一个死循环等待它连接完毕
         * 更加优雅的做法是使用 CownDownLatch 去做，但是 while 比较简单
         */
        while(zooKeeper.getState() == ZooKeeper.States.CONNECTING){
            //返回 zookeeper 的状态
            System.out.println(zooKeeper.getState());

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果连接不出错的话此处状态应该为 CONNECTED
        if(zooKeeper.getState() != ZooKeeper.States.CONNECTED)
            return;


        /**
         * 创建 ZooKeeper 节点
         * 参数解释：
         * param 1 - znode 名称 (/zoo)
         * param 2 - 节点数据 (my first data)
         * param 3 - 设置权限 (OPEN_ACL_UNSAFE)
         * param 4 - znode 类型 (PERSISTENT)
         *
         *
         * znode 类型有四种：
         * PERSISTENT - 持久化目录节点，客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
         * PERSISTENT_SEQUENTIAL - 持久化，并带有序列号
         * EPHEMERAL - 临时目录节点，客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除
         * EPHEMERAL_SEQUENTIAL - 临时，并带有序列号
         */
        try {
            String s = zooKeeper.create("/zoo", "my first data".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            System.out.println("创建节点：" + s);
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 创建一个二级节点，参数同上
         * 需要注意的是，必须要有一级节点才能有二级节点，不然会报错
         */
        try {
            String s = zooKeeper.create("/zoo/zoo_1", "my first data_1".getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);
            System.out.println("创建二级节点：" + s);
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 查询 ZooKeeper 节点的数据
         * 参数解释：
         * param 1 - znode 名称 (/zoo)
         * param 2 - 监视者，用于获取监控事件 (MyWatch)
         * param 3 - Zookeeper 实例信息和数据信息 (stat)
         *
         * 注意如果后续需要修改该节点的值，可以在此处记录节点版本 version (非必要操作)
         */
        Integer zooVersion = null;
        try {
            MyWatch getDataWatch = new MyWatch();
            Stat stat = new Stat();
            byte[] data = zooKeeper.getData("/zoo",getDataWatch,stat);
            System.out.println("查询节点数据：" + new String(data));

            //从 stat 中可以获取很多 Zookeeper 实例的信息
            System.out.println("查询节点数据 czxid：" + stat.getCzxid()); //zxid
            zooVersion = stat.getVersion(); //此处获取 /zoo 节点的版本号
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 修改 ZooKeeper 节点的数据
         * 参数解释：
         * param 1 - znode 名称 (/zoo)
         * param 2 - 节点新数据 (my first data change)
         * param 3 - 该节点的版本
         *
         * 在成功修改了节点的数据之后，版本号会自动加一
         * 如果此时不知道节点的版本，也可以输入 -1，会默认取最新的节点版本去修改
         */
        try {
            Stat stat = zooKeeper.setData("/zoo", "my first data change".getBytes(), zooVersion); // zooVersion = -1
            System.out.println("修改节点数据 czxid：" + stat.getCzxid());
            System.out.println("修改节点数据 version：" + stat.getVersion());
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 查看 ZooKeeper 节点是否存在
         * 参数解释：
         * param 1 - znode 名称 (/zoo)
         * param 2 - 监视者，用于获取监控事件 (MyWatch)
         *
         * 如果不存在，返回的 stat 为 null
         */
        try {
            Stat stat = zooKeeper.exists("/zoo_not_exist", new MyWatch());
            System.out.println("查看节点是否存在 stat：" + stat);
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 删除 ZooKeeper 节点
         * 参数解释：
         * param 1 - znode 名称 (/zoo)
         * param 2 - 该节点的版本
         *
         * 版本号如果不清楚的话可以填入 -1，和上述同理
         * 值得注意的是，如果一个节点下属存在子节点，那么它不能被删除
         */
        try {
            zooKeeper.delete("/zoo", -1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    private static class MyWatch implements Watcher{

        public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
            System.out.println(watchedEvent);
        }
    }
}

二 Curator

Curator 是 Netfix 开发的 Zookeeper Client，使用起来更方便，功能更加强大，目前应用更加广泛。使用之前需要在 Maven 中导入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>4.2.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>4.2.0</version>
</dependency>

代码：

import org.apache.curator.RetryPolicy;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import java.util.List;

public class CuratorTest {

    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 创建客户端
         *
         * RetryPolicy 接口是重试策略
         */
        /**
         * 指定客户端的重连策略
         *
         * RetryOneTime(int ms)
         * 休眠一定毫秒数之后重新连接一次
         *
         * RetryForever(int ms)
         * 和第一种策略的差别是会不断尝试重连
         *
         * RetryNTimes(int times,int ms)
         * 和第一种策略的差别是，第一个参数指定重连次数，第二个参数指定休眠间隔
         *
         * RetryUntilElapsed(int max_sum_ms,int ms)
         * 第一个参数指定最大休眠时间，第二个参数指定休眠间隔，如果休眠时间超出了就不会继续重连
         *
         * ExponentialBackoffRetry(int ms,int,int max_ms)
         * 第一个参数代表最初的重连休眠时间，第二个参数代表最大重连次数，第三个参数代表最大重连休眠时间
         * 该策略下重连的休眠时间会随着重连次数的增加而增加，从最初休眠时间一直增加到最大休眠时间
         * 最大重连次数必须小于等于 29，超过的情况下会被自动修改成 29
         *
         * [其它策略不一一列举]
         */
        RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(100,3,1000);

        /**
         * 采用 buider 模式创建客户端
         */
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                                        //Zookeeper 的地址
                                        .connectString("localhost:2101,localhost:2102,localhost:2103")
                                        //session 的过期时间(毫秒)
                                        .sessionTimeoutMs(5000)
                                        //连接的超时时间(毫秒)
                                        .connectionTimeoutMs(5000)
                                        //拒绝策略
                                        .retryPolicy(retryPolicy)
                                        //设置该客户端能够操作的目录权限，不设置的话默认可以操作全部
                                        //比如此处设置为 zoo，即为该客户端对象操作的节点前面默认会添加 /zoo
                                        .namespace("zoo")
                                        //完成创建
                                        .build();
        //启动客户端
        client.start();


        /**
         * 创建节点
         */
        try {
            String createReturn = client.create()
                                    //节点类型
                                    //PERSISTENT - 持久化目录节点，客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在
                                    //PERSISTENT_SEQUENTIAL - 持久化，并带有序列号
                                    //EPHEMERAL - 临时目录节点，客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除
                                    //EPHEMERAL_SEQUENTIAL - 临时，并带有序列号
                                    .withMode(CreateMode.PERSISTENT)
                                    //由于 namespace 设置为 zoo，所以此处相当于创建 /zoo/zoo_1 节点
                                    .forPath("/zoo_1", "my first data zoo_1".getBytes());
            System.out.println("创建节点：" + createReturn);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 查询节点
         */
        try {
            Stat stat = client.checkExists()
                    //查询 /zoo/zoo_1 节点
                    .forPath("/zoo_1");
            //如果不存在，stat 为 null
            System.out.println("查询节点：" + stat);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 删除节点
         */
        try {
            client.delete()
                    //如果该节点下有子节点，会抛出异常且删除失败
                    .forPath("/zoo_1");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 查询节点的值
         */
        try {
            Stat stat = new Stat();
            byte[] value = client.getData()
                                    //获取节点的 stat
                                    .storingStatIn(stat)
                                    //查询 /zoo/zoo_1 节点
                                    .forPath("/zoo_1");
            System.out.println("查询节点的值：" + new String(value));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 更新节点的值
         */
        try {
            Stat stat = client.setData()
                                //设置版本值，此选项非必填
                                .withVersion(10086)
                                .forPath("/zoo_1", "zoo_1 new data".getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /**
         * 获取节点的子节点
         */
        try {
            //获取所有子节点的节点名称
            List<String> nodes = client.getChildren()
                                    .forPath("/zoo_1");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

三使用 Curator 实现分布式锁

Zookeeper 中的分布式锁实现原理很简单，就是多个线程一起去创建同一个节点，谁创建成功锁就归谁；使用完之后删除该节点，其它节点再进行一次争抢。Curator 中有一个写好的重入锁 InterProcessMutex，简单封装即可使用：

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;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

/**
 * Zookeeper 分布式锁实现
 */
public class ZkLock implements Lock{

    private InterProcessMutex lock;

    /**
     * 让使用者方便运用的构造方法
     */
    public ZkLock(String zkAddrs){
        this(zkAddrs,
            "/lock_node",
            "lock_base",
            2000,
            new ExponentialBackoffRetry(1000, 10));
    }

    /**
     * 核心构造方法，根据传入的参数去构造 lock 对象
     * @param zkAddrs  Zookeeper 的服务地址
     * @param lockNode 各个线程要去争抢创建的 Znode，也就是客户端有使用权限的 namespace
     * @param baseNode lockNode 的上级 Znode
     * @param sessionOutTimeMs 过期时间
     * @param policy 重连策略
     */
    public ZkLock(String zkAddrs,String lockNode,String baseNode,int sessionOutTimeMs,RetryPolicy policy){

        //有效性验证
        if(Objects.isNull(zkAddrs)
                || zkAddrs.trim().equals("")
                || Objects.isNull(lockNode)
                || lockNode.trim().equals("")
                || Objects.isNull(policy))
            throw new RuntimeException();


        //通过工厂创建连接
        CuratorFrameworkFactory.Builder cfBuilder = CuratorFrameworkFactory.builder()
                                                                .connectString(zkAddrs)
                                                                .sessionTimeoutMs(sessionOutTimeMs)
                                                                .retryPolicy(policy);
        if(baseNode != null && !baseNode.trim().equals(""))
            cfBuilder.namespace(baseNode);
        CuratorFramework cf = cfBuilder.build();

        //开启连接
        cf.start();

        //InterProcessMutex 是 Crator 里自带的一个已经实现好的重入锁
        //只要对其进行简单封装即可使用
        lock = new InterProcessMutex(cf,lockNode);
    }

    /**
     * 上锁方法，死循环调用 tryLock() 去上锁
     */
    @Override
    public void lock() {
        while (!tryLock())
            Thread.yield();
    }

    /**
     * 尝试获取锁，如果没能获取到会超时后报错
     */
    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            lock.acquire();
        } catch (Exception e) {
            return Boolean.FALSE;
        }
        return Boolean.TRUE;
    }

    /**
     * 尝试获取锁，如果指定时间内获取不到就返回 false
     */
    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        try {
            return lock.acquire(time,unit);
        } catch (Exception e) {
            return Boolean.FALSE;
        }
    }

    /**
     * 释放锁，如果报错就会递归去释放
     */
    @Override
    public void unlock() {
        try {
            lock.release();
        } catch (Exception e) {
            unlock();
        }
    }

    //忽略
    @Override
    public Condition newCondition() {
        throw new RuntimeException();
    }

    //忽略
    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        lock();
    }


    //测试
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //创建一个要被操作的对象
        AtomicInteger count = new AtomicInteger(30);

        //创建一个线程池
        Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //创建所对象
        Lock lock = new ZkLock("localhost:2101,localhost:2102,localhost:2103");

        //for 循环，把任务丢进线程池里
        for(int i = 0; i < 30; i++){

            executor.execute(()->{
                try {
                    //加锁
                    lock.lock();

                    //此处开启业务逻辑
                    //demo 中简单模拟，将 count 对象减一
                    int a = count.decrementAndGet();
                    System.out.println(a);

                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    try {
                        //释放锁
                        lock.unlock();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

zookeeper集群 param