使用ZooKeeper实现Java跨JVM的分布式锁(优化构思)

说明：这篇文章是基于使用ZooKeeper实现Java跨JVM的分布式锁的，没有阅读的朋友请先阅读前面的文章后在阅读本文。

上一篇文章中介绍了如何使用分布式锁，并且对原来的公平锁进行了扩展，实现了非公平锁，已经能够满足大部分跨进程（JVM）锁的需求了。

问题：我们都知道在单个JVM内部实现锁的机制很方便，Java也提供了很丰富的API可以实现，例如Synchronized关键字， ReentrantLock等等，但是在集群环境中，都是多个JVM协同工作，当需要一些全局锁时就要用到上面介绍的分布式锁了，但是这种锁的缺点在于每次客户端（这里说的客户端可以理解为不同JVM当中的线程）需要获取锁时都需要与zook服务端交互，创建znode，等待着自己获取锁，这种网络通信无疑会给服务器带来一定的压力，那么我们有没有什么办法来减少这种压力呢？

场景：有一种很常见的场景就是更新缓存，那么我们一般的处理逻辑如下。

1、首选根据key获取资源，如果资源存在，用之。

2、如果不存在，则申请获取锁（使用共享锁)。

3、获取到锁以后，再次判断资源是否存在（防止重复更新），如果存在说明已经有人更新了，方法退出，否则更新缓存。

4、释放锁。

假设现在有10（1-10）个线程同时执行上诉逻辑，如果资源不存在，那么它们全部会执行第（2）步获取锁，在同一时刻，只会有1个线程获取锁，其它9个线程阻塞，等待获取锁。现在我们假设线程1获取到锁，开始执行（3-4）步动作，在第（3步）当中，再次判断资源是否存在，（肯定不存在因为它是第一个进去的），所以它负责加载资源放入缓存，然后释放锁，再说其它线程（2-10）它们依次获取到锁，然后执行（3，4）动作，再次判断资源是否存在（已经存在了，因为1号线程已经放进去了），所以他们直接退出，释放锁。由此可见只有1号线程获取锁是有意义的，但是它们都需要与zook进行网络通讯，因此会给网络带来压力。

如果说我们有A,B 二台服务器进行集群，这10个线程获取锁的请求分别来自这2台服务器，例如（1-5）号线程来自A服务器，（6-10）号线程来自B服务器，那么它们与zk交互了10次，创建10个znode来申请锁，但是如果我们进行一定的优化，它们只要与zk交互2次就够了，我们来把上面的逻辑改造一下。

1、首选根据key获取资源，如果资源存在，用之。

2、如果不存在，则申请获取锁（JVM进程内的锁)。

3、获取到锁(JVM进程内的锁)，再次判断资源是否存在，如果资源存在就退出，没啥好所的。

4、如果资源不存在，则申请获取锁(分布式锁)。

5、获取到锁（分布式锁）再次判断资源是否存在（防止重复更新），如果存在说明已经有人更新了，方法退出，否则更新缓存。

6、释放分布式锁，释放JVM进程内的锁。

代码：我把实现逻辑都放在一起了，方便给大家演示，如果有逻辑错误欢迎大家留言指正。

package com.framework.code.demo.zook;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
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 com.framework.code.demo.zook.lock.NoFairLockDriver;
public class Main {
//我们用一个static的map模拟一个第三方独立缓存
public static Map<String, Object> redis = new HashMap<String, Object>();
public static final String key = "redisKey";
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建俩个对象分别模拟2个进程
RedisProcess processA = new RedisProcess();
RedisProcess processB = new RedisProcess();
//每个进程别分用50个线程并发请求
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(100);
for (int i = 0; i < 50; i++) {
service.execute(processA);
service.execute(processB);
}
service.shutdown();
service.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS);
}
public static class RedisProcess implements Runnable {
CuratorFramework client;
//ZK分布式锁
InterProcessMutex distributedLock;
//JVM内部锁
ReentrantLock jvmLock;
public RedisProcess() {
client = CuratorFrameworkFactory.newClient("192.168.1.18:2181",
new ExponentialBackoffRetry(1000,3));
client.start();
distributedLock = new InterProcessMutex(client,"/mylock", new NoFairLockDriver());
jvmLock = new ReentrantLock();
}
@Override
public void run() {
//(1)首先判断缓存内资源是否存在
if(redis.get(key) == null) {
try {
//这里延时1000毫秒的目的是防止线程过快的更新资源，那么其它线程在步骤(1)处就返回true了.
Thread.sleep(1000);
//获取JVM锁(同一进程内有效)
jvmLock.lock();
//(2)再次判断资源是否已经存在
if(redis.get(key) == null) {
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread() + "获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 准备获取ZK锁");
//这里延时500毫秒的目的是防止线程过快更新资源，其它线程在步骤(2)就返回true了。
Thread.sleep(500);
try {
//获取zk分布式锁
distributedLock.acquire();
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread() + "获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 获取到了ZK锁");
//再次判断,如果为空这时可以更新资源
if(redis.get(key) == null) {
redis.put(key, Thread.currentThread() + "更新了缓存");
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread() + "更新了缓存");
} else {
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread() + "当前资源已经存在，不需要更新");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//释放ZK锁
try {
distributedLock.release();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
} else {
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread() + "获取到JVM锁，redis.get(key)不为空," + redis.get(key));
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//释放JVM锁
jvmLock.unlock();
}
} else {
System.out.println(redis.get(key));
}
}
}
}

线程:Thread[pool-5-thread-2,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 准备获取ZK锁
线程:Thread[pool-5-thread-3,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 准备获取ZK锁
线程:Thread[pool-5-thread-3,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 获取到了ZK锁
线程:Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-7,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-1,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-5,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-9,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-23,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-19,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-11,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-31,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-35,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-15,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-27,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-25,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-33,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-37,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-13,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-17,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-2,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)为空, 获取到了ZK锁
线程:Thread[pool-5-thread-2,5,main]当前资源已经存在，不需要更新
线程:Thread[pool-5-thread-21,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-29,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-55,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-59,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-41,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-67,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-39,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-43,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-57,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-47,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-51,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-63,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-8,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-69,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-4,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-6,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-10,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-22,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-16,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-20,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-45,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-24,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-32,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-36,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-49,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-28,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-12,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-14,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-26,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-53,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-18,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-61,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-30,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-65,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-34,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-97,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-40,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-91,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
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线程:Thread[pool-5-thread-44,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
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线程:Thread[pool-5-thread-48,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
线程:Thread[pool-5-thread-71,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
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线程:Thread[pool-5-thread-90,5,main]获取到JVM锁，redis.get(key)不为空,Thread[pool-5-thread-3,5,main]更新了缓存
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我们通过观察日志，发现只有2个次需要获取分布式锁，其它的都被JVM锁给阻挡在外面了，在这种情况下可以大大的提高锁的性能。

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