(五)库存超卖案例实战——使用zookeeper分布式锁解决“超卖”问题

前言

本节内容使用zookeeper实现分布式锁，完成并发访问“超卖”问题的解决。相对于redis分布式锁，zookeeper能够保证足够的安全性。关于zookeeper的安装内容这里不做介绍，开始本节内容之前先自行安装好zookeeper中间键服务。这里我们利用创建zookeeper路径节点的唯一性实现分布式锁。并同时演示如何使用Curator工具包，完成分布式锁。

正文

  • 在项目中添加zookeeper的pom依赖
<dependency><groupId>org.apache.zookeeper</groupId><artifactId>zookeeper</artifactId><version>3.7.2</version>
</dependency>
  • 创建zookeeper客户端工具，实现加锁和解锁方法 

- 创建ZookeeperClient客户端工具

package com.ht.atp.plat.util;import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;@Component
public class ZookeeperClient {/*** zookeeper连接地址*/private static final String connectString = "192.168.110.88:2181";/*** 分布式锁根路径*/private static final String ROOT_PATH = "/distributed";/*** zookeeper客户端*/private ZooKeeper zooKeeper;/*** 初始化zookeeper客户端*/@PostConstructpublic void init() {try {// 连接zookeeper服务器this.zooKeeper = new ZooKeeper(connectString, 30000, event -> System.out.println("获取链接成功！！"));// 创建分布式锁根节点if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH, false) == null) {this.zooKeeper.create(ROOT_PATH, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);}} catch (Exception e) {System.out.println("获取链接失败！");e.printStackTrace();}}/*** 销毁zookeeper客户端*/@PreDestroypublic void destroy() {try {if (zooKeeper != null) {zooKeeper.close();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/*** 加锁** @param lockName*/public void lock(String lockName) {try {zooKeeper.create(ROOT_PATH + "/" + lockName, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);} catch (Exception e) {// 重试try {Thread.sleep(200);lock(lockName);} catch (InterruptedException ex) {ex.printStackTrace();}}System.out.println("----------加锁成功------------");}/*** 解锁** @param lockName*/public void unlock(String lockName) {try {this.zooKeeper.delete(ROOT_PATH + "/" + lockName, 0);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------解锁成功------------");}
}

- 使用临时节点EPHEMERAL加锁，这里使用临时节点是方便锁的自动释放，避免发生死锁问题

- 业务执行完成，删除临时节点，解锁

  • 实现“超卖”的业务方法，使用自定义的zookeeper工具类加锁
    @AutowiredZookeeperClient zookeeperClient;@Overridepublic void checkAndReduceStock() {zookeeperClient.lock("lock");// 查询库存WmsStock wmsStock = baseMapper.selectById(1L);// 验证库存大于0再扣减库存if (wmsStock != null && wmsStock.getStockQuantity() > 0) {wmsStock.setStockQuantity(wmsStock.getStockQuantity() - 1);baseMapper.updateById(wmsStock);}// 释放锁zookeeperClient.unlock("lock");}
  • 将数据库库存表的库存恢复为10000，分别启动7000,7001,7002服务

  •  启动jmeter压测工具，压测库存扣减接口，查看结果

- 库存扣减为0

- jmeter压测结果，平均访问时间502ms,请求吞吐量为每秒161

- 不存在并发“超卖问题”，但是接口访问吞吐量较低。由于在加锁过程中，获取不到锁，会无限自旋去获取锁，导致性能下降。

  •  优化分布式锁，使用zk的临时序列化节点实现分布式锁，避免锁的自旋操作

- 优化代码

package com.ht.atp.plat.util;import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.KeeperException;
import org.apache.zookeeper.ZooDefs;
import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.CollectionUtils;import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
import java.util.List;@Component
public class ZookeeperClientNoBlock {/*** zookeeper连接地址*/private static final String connectString = "192.168.110.88:2181";/*** 分布式锁根路径*/private static final String ROOT_PATH = "/distributed";/*** zookeeper客户端*/private ZooKeeper zooKeeper;/*** 初始化zookeeper客户端*/@PostConstructpublic void init() {try {// 连接zookeeper服务器this.zooKeeper = new ZooKeeper(connectString, 30000, event -> System.out.println("获取链接成功！！"));// 创建分布式锁根节点if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH, false) == null) {this.zooKeeper.create(ROOT_PATH, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);}} catch (Exception e) {System.out.println("获取链接失败！");e.printStackTrace();}}/*** 销毁zookeeper客户端*/@PreDestroypublic void destroy() {try {if (zooKeeper != null) {zooKeeper.close();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/*** 创建锁** @param lockName*/public String lock(String lockName) {try {String realLock = zooKeeper.create(ROOT_PATH + "/" + lockName + "-", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);return realLock;} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------加锁成功------------");return null;}/*** 检查锁** @param lockName*/public void checkLock(String lockName) {String preNode = getPreNode(lockName);// 如果该节点没有前一个节点，说明该节点时最小节点，放行执行业务逻辑if (StringUtils.isEmpty(preNode)) {return;}// 重新检查。是否获取到锁try {Thread.sleep(20);} catch (InterruptedException ex) {ex.printStackTrace();}checkLock(lockName);}/*** 获取指定节点的前节点** @param path* @return*/private String getPreNode(String path) {try {// 获取当前节点的序列化号Long curSerial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(path, "-"));// 获取根路径下的所有序列化子节点List<String> nodes = this.zooKeeper.getChildren(ROOT_PATH, false);// 判空if (CollectionUtils.isEmpty(nodes)) {return null;}// 获取前一个节点Long flag = 0L;String preNode = null;for (String node : nodes) {// 获取每个节点的序列化号Long serial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(node, "-"));if (serial < curSerial && serial > flag) {flag = serial;preNode = node;}}return preNode;} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 解锁** @param lockName*/public void unlock(String lockName) {try {this.zooKeeper.delete(lockName, 0);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------解锁成功------------");}
}

- 使用临时序列化节点EPHEMERAL_SEQUENTIAL加锁，保证每个节点都可以加锁成功，避免自旋操作

- 通过判断当前节点是否是第一个节点，如果是第一个节点，才可执行后续的业务

- 解锁操作

  • 扣减库存业务实现方法
public void checkAndReduceStock() {//加锁String lock = zookeeperClientNoBlock.lock("lock");//检查锁zookeeperClientNoBlock.checkLock(lock);// 查询库存WmsStock wmsStock = baseMapper.selectById(1L);// 验证库存大于0再扣减库存if (wmsStock != null && wmsStock.getStockQuantity() > 0) {wmsStock.setStockQuantity(wmsStock.getStockQuantity() - 1);baseMapper.updateById(wmsStock);}// 释放锁zookeeperClientNoBlock.unlock(lock);}
  • 将扣减库存恢复为10000，重新启动7000,7001,7002服务，使用jmeter压测工具再次压测

- 库存扣减为0

- 压测结果：平均访问时间1597ms,请求访问吞吐量为每秒62

- 从优化结果来看，此种方式更加耗时，性能更差。将加锁操作改为非自旋操作，虽然加锁不在耗时，但是会自旋判断自己是否是最小的节点，依然存在耗时操作，且逻辑更为复杂。

  • 优化分布式锁，通过使用zookeeper的Watcher监听来实现阻塞锁

- 实现代码

package com.ht.atp.plat.util;import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.proto.WatcherEvent;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.CollectionUtils;import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;@Component
public class ZookeeperClientBlockWatch {/*** zookeeper连接地址*/private static final String connectString = "192.168.110.88:2181";/*** 分布式锁根路径*/private static final String ROOT_PATH = "/distributed";/*** zookeeper客户端*/private ZooKeeper zooKeeper;/*** 初始化zookeeper客户端*/@PostConstructpublic void init() {try {// 连接zookeeper服务器this.zooKeeper = new ZooKeeper(connectString, 30000, event -> System.out.println("获取链接成功！！"));// 创建分布式锁根节点if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH, false) == null) {this.zooKeeper.create(ROOT_PATH, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);}} catch (Exception e) {System.out.println("获取链接失败！");e.printStackTrace();}}/*** 销毁zookeeper客户端*/@PreDestroypublic void destroy() {try {if (zooKeeper != null) {zooKeeper.close();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/*** 创建锁** @param lockName*/public String lock(String lockName) {try {String realLock = zooKeeper.create(ROOT_PATH + "/" + lockName + "-", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);return realLock;} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------加锁成功------------");return null;}/*** 检查锁** @param lockName*/public void checkLock(String lockName) {try {String preNode = getPreNode(lockName);// 如果该节点没有前一个节点，说明该节点时最小节点，放行执行业务逻辑if (!StringUtils.isEmpty(preNode)) {CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH + "/" + preNode, new Watcher() {@Overridepublic void process(WatchedEvent watchedEvent) {System.out.println("监控："+ watchedEvent.getPath());countDownLatch.countDown();}}) == null) {return;}// 阻塞,减少自旋检查countDownLatch.await();}return;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();// 重新检查。是否获取到锁try {Thread.sleep(20);} catch (InterruptedException ex) {ex.printStackTrace();}checkLock(lockName);}}/*** 获取指定节点的前节点** @param path* @return*/private String getPreNode(String path) {try {// 获取当前节点的序列化号Long curSerial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(path, "-"));// 获取根路径下的所有序列化子节点List<String> nodes = this.zooKeeper.getChildren(ROOT_PATH, false);// 判空if (CollectionUtils.isEmpty(nodes)) {return null;}// 获取前一个节点Long flag = 0L;String preNode = null;for (String node : nodes) {// 获取每个节点的序列化号Long serial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(node, "-"));if (serial < curSerial && serial > flag) {flag = serial;preNode = node;}}return preNode;} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 解锁** @param lockName*/public void unlock(String lockName) {try {this.zooKeeper.delete(lockName, 0);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------解锁成功------------");}
}

- 检查加锁，加入前一个节点的监控判断，如果前一个节点的锁还没有释放，就使用CountDownLatch计数器阻塞程序，减少自旋检查，当监控到前一个节点的锁释放，则当前节点获取到锁，开始执行业务逻辑

  •  修改扣减库存业务实现方法为监控阻塞的方式
    @AutowiredZookeeperClientBlockWatch zookeeperClientBlockWatch;public void checkAndReduceStock() {//加锁String lock = zookeeperClientBlockWatch.lock("lock");//检查锁zookeeperClientBlockWatch.checkLock(lock);// 查询库存WmsStock wmsStock = baseMapper.selectById(1L);// 验证库存大于0再扣减库存if (wmsStock != null && wmsStock.getStockQuantity() > 0) {wmsStock.setStockQuantity(wmsStock.getStockQuantity() - 1);baseMapper.updateById(wmsStock);}// 释放锁zookeeperClientBlockWatch.unlock(lock);}
  •  将扣减库存恢复为10000，重新启动7000,7001,7002服务，使用jmeter压测工具再次压测

- 库存扣减为了0

- jmeter压测结果：平均访问时间441ms,请求访问吞吐量为每秒223

- 从优化结果来看，使用带监控的阻塞锁吞吐量更高，平均访问时间更小，性能比自旋加锁的方式性能更优。

  • 使用ThreadLocal优化分布式锁，将zookeeper的Watcher监听来实现阻塞锁优化为可重入分布式锁

- 优化代码

package com.ht.atp.plat.util;import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.CollectionUtils;import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;@Component
public class ZookeeperClientBlockWatchReentrant {/*** zookeeper连接地址*/private static final String connectString = "192.168.110.88:2181";/*** 分布式锁根路径*/private static final String ROOT_PATH = "/distributed";/*** zookeeper客户端*/private ZooKeeper zooKeeper;/*** ThreadLocal本地线程*/private static final ThreadLocal<Integer> THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>();/*** 初始化zookeeper客户端*/@PostConstructpublic void init() {try {// 连接zookeeper服务器this.zooKeeper = new ZooKeeper(connectString, 30000, event -> System.out.println("获取链接成功！！"));// 创建分布式锁根节点if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH, false) == null) {this.zooKeeper.create(ROOT_PATH, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);}} catch (Exception e) {System.out.println("获取链接失败！");e.printStackTrace();}}/*** 销毁zookeeper客户端*/@PreDestroypublic void destroy() {try {if (zooKeeper != null) {zooKeeper.close();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/*** 创建锁** @param lockName*/public String lock(String lockName) {try {if (THREAD_LOCAL.get() == null || THREAD_LOCAL.get() == 0){String realLock = zooKeeper.create(ROOT_PATH + "/" + lockName + "-", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);return realLock;}} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------加锁成功------------");return null;}/*** 检查锁** @param lockName*/public void checkLock(String lockName) {Integer flag = THREAD_LOCAL.get();if (flag != null && flag > 0) {THREAD_LOCAL.set(flag + 1);return;}try {String preNode = getPreNode(lockName);// 如果该节点没有前一个节点，说明该节点时最小节点，放行执行业务逻辑if (!StringUtils.isEmpty(preNode)) {CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);if (this.zooKeeper.exists(ROOT_PATH + "/" + preNode, new Watcher() {@Overridepublic void process(WatchedEvent watchedEvent) {System.out.println("监控："+ watchedEvent.getPath());countDownLatch.countDown();}}) == null) {THREAD_LOCAL.set(1);return;}// 阻塞,减少自旋检查countDownLatch.await();}THREAD_LOCAL.set(1);return;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();// 重新检查。是否获取到锁try {Thread.sleep(20);} catch (InterruptedException ex) {ex.printStackTrace();}checkLock(lockName);}}/*** 获取指定节点的前节点** @param path* @return*/private String getPreNode(String path) {try {// 获取当前节点的序列化号Long curSerial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(path, "-"));// 获取根路径下的所有序列化子节点List<String> nodes = this.zooKeeper.getChildren(ROOT_PATH, false);// 判空if (CollectionUtils.isEmpty(nodes)) {return null;}// 获取前一个节点Long flag = 0L;String preNode = null;for (String node : nodes) {// 获取每个节点的序列化号Long serial = Long.valueOf(StringUtils.substringAfterLast(node, "-"));if (serial < curSerial && serial > flag) {flag = serial;preNode = node;}}return preNode;} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 解锁** @param lockName*/public void unlock(String lockName) {try {THREAD_LOCAL.set(THREAD_LOCAL.get() - 1);if (THREAD_LOCAL.get() == 0) {this.zooKeeper.delete(lockName, 0);THREAD_LOCAL.remove();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (KeeperException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("----------解锁成功------------");}
}

- 使用ThreadLocal存储当前线程的操作

- 加锁：先检测本地线程是否存在或者值是否为0，如果不存在或者为0，则创建锁，避免重复创建

- 检查加锁：如果值大于0，代表可重入，值加1；如果不存在或者等于0，将值设置为1，代表第一次获取到锁

- 解锁：获取线程的值，并减少1，如果减少后的值变为0，代表锁已经不在占用，此时才释放锁，并且将当前线程的值存储移除；如果减少的值还是大于0，代表此时锁还在占用

  •  扣减库存业务代码
    @AutowiredZookeeperClientBlockWatchReentrant zookeeperClientBlockWatchReentrant;public void checkAndReduceStock() {//加锁String lock = zookeeperClientBlockWatchReentrant.lock("lock");//检查锁zookeeperClientBlockWatchReentrant.checkLock(lock);// 查询库存WmsStock wmsStock = baseMapper.selectById(1L);// 验证库存大于0再扣减库存if (wmsStock != null && wmsStock.getStockQuantity() > 0) {wmsStock.setStockQuantity(wmsStock.getStockQuantity() - 1);baseMapper.updateById(wmsStock);}// 释放锁zookeeperClientBlockWatchReentrant.unlock(lock);}
  • 将扣减库存恢复为10000，重新启动7000,7001,7002服务，使用jmeter压测工具再次压测

- 库存扣减为0

- jmeter压测结果：平均访问时间426ms,吞吐量每秒231

  •  使用zookeeper的Curator工具包实现分布式锁

- 引入pom依赖

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.curator/curator-recipes -->
<dependency><groupId>org.apache.curator</groupId><artifactId>curator-recipes</artifactId><version>5.1.0</version>
</dependency>

- 创建CuratorFramework的bean工具类

package com.ht.atp.plat.config;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.api.CuratorEvent;
import org.apache.curator.framework.api.CuratorEventType;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;/*** CuratorFramework工具类配置*/
@Slf4j
@Configuration
public class ZookeeperConfig {@Beanpublic CuratorFramework curatorFramework() {// ExponentialBackoffRetry是种重连策略，每次重连的间隔会越来越长,1000毫秒是初始化的间隔时间,3代表尝试重连次数。ExponentialBackoffRetry retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);// 创建客户端CuratorFramework curatorFramework = CuratorFrameworkFactory.newClient("192.168.110.88:2181", retryPolicy);// 添加watched 监听器curatorFramework.getCuratorListenable().addListener((CuratorFramework client, CuratorEvent event) -> {CuratorEventType type = event.getType();if (type == CuratorEventType.WATCHED) {WatchedEvent watchedEvent = event.getWatchedEvent();String path = watchedEvent.getPath();log.info(watchedEvent.getType() + " ----------------------------> " + path);// 重新设置该节点监听if (null != path) {client.checkExists().watched().forPath(path);}}});// 启动客户端curatorFramework.start();return curatorFramework;}
}

- 使用可重入锁，扣减库存业务方法

@Autowiredprivate CuratorFramework curatorFramework;public void checkAndReduceStock() throws Exception {//加锁InterProcessMutex mutex = new InterProcessMutex(curatorFramework, "/curator/lock");try {// 加锁mutex.acquire();// 查询库存WmsStock wmsStock = baseMapper.selectById(1L);// 验证库存大于0再扣减库存if (wmsStock != null && wmsStock.getStockQuantity() > 0) {wmsStock.setStockQuantity(wmsStock.getStockQuantity() - 1);baseMapper.updateById(wmsStock);}this.testSub(mutex);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {// 释放锁mutex.release();}}public void testSub(InterProcessMutex mutex) throws Exception {try {mutex.acquire();System.out.println("测试可重入锁。。。。");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally {// 释放锁mutex.release();}}
  • 将扣减库存恢复为10000，重新启动7000,7001,7002服务，使用jmeter压测工具再次压测 

- 库存扣减为0

- jmeter压测结果：平均访问时间497，吞吐量每秒198

- 能够解决并发访问“超卖问题”

结语

关于使用zookeeper分布式锁解决“超卖”问题的内容到这里就结束了，我们下期见。。。。。。

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