zookeeper应用之分布式屏障

分布式系统中某些节点任务当满足某个条件时才允许继续运行，如果不满足则当前节点需要等待。这个时候就需要一个屏障来阻止节点的处理。ZooKeeper Barrier是ZooKeeper提供的一种用于分布式环境中实现同步和协调的机制。具体逻辑就是：

1、检测某个barrier node是否存在

2、如果屏障节点不存在，则屏障不存在可以继续执行

3、如果屏障存在，则需要watcher屏障节点的删除事件，当屏障节点删除当前程序才可继续，删除之前当前程序一直阻塞等待。

这里使用Curator框架API写一个简单的样例程序：

CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("localhost:2181", new ExponentialBackoffRetry(1000, 3));
client.start();
String path = "/barrier";
//创建屏障节点
client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath(path);
//另一个业务执行逻辑，完成后删除屏障
new Thread(()->{try {Thread.sleep(2000);client.delete().forPath(path);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
}).start();
Object obj = new Object();
//主线程wathcer方式监听屏障删除事件
Stat stat = client.checkExists().usingWatcher(new Watcher() {@Overridepublic void process(WatchedEvent event) {if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted) {System.out.println("节点删除");//节点删除 通知主线程synchronized (obj){obj.notifyAll();}}}
}).forPath(path);
//主线程同步等待屏障删除
synchronized (obj){obj.wait();
}System.out.println("barrier delete");

这里最后主线程会等待另一个线程执行完成才继续。这里在同一个程序里模拟，同时运行两个程序可能更直观。

另外Curator的recipes也提供的对barrier的封装：DistributedBarrier类。

使用例子：

CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("localhost:2181", new RetryOneTime(1));
try {client.start();final DistributedBarrier barrier = new DistributedBarrier(client, "/barrier");//添加屏障barrier.setBarrier();new Thread(()->{try {Thread.sleep(2000);//屏障移除barrier.removeBarrier();}catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}).start();//阻塞等待屏障移除barrier.waitOnBarrier(10, TimeUnit.SECONDS);System.out.println("end");
} catch (Exception e) {e.printStackTrace();
} finally {client.close();
}

其内部阻塞原理还是使用的基础的wait，notify机制。这里封装方法可以设置等待时间。

Double Barriers

double barriers即多屏障。在某些情况下需要多个条件同时满足程序才可以继续。比如批量任务，并行分成5个线程任务去做同一阶段工作。5个线程都执行完成才可进入下一阶段。

还是使用Curator封装的DistributedDoubleBarrier来演示：

CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("localhost:2181", new RetryOneTime(1));
client.start();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
int quantity = 5;//屏障数量
String barrierPath = "/barrier1";//屏障节点路径
for (int i = 0; i < 5; i++) {executor.execute(()->{DistributedDoubleBarrier barrier = new DistributedDoubleBarrier(client,barrierPath,quantity);try {int time = 1000*new Random().nextInt(10);System.out.println(time+ " sleeps for enter,"+Thread.currentThread().getName());Thread.sleep(time);/**当前参与者执行完前置逻辑进入屏障等待其它参与者到达（阻塞等待）当所有参与者都到达屏障点后，屏障会通知所有参与者继续执行（解除阻塞）*/barrier.enter(10,TimeUnit.SECONDS);System.out.println(System.currentTimeMillis()+ " do sth,"+Thread.currentThread().getName());time = 1000*new Random().nextInt(10);System.out.println(time+ " sleeps for leave,"+Thread.currentThread().getName());Thread.sleep(time);/**完成同步操作后，调用leave()方法告知屏障该参与者已经离开屏障点，并等待其他参与者也离开当所有参与者都离开屏障点后，屏障会通知所有参与者继续执行后续操作*/barrier.leave();//删除屏障System.out.println(System.currentTimeMillis()+" leave,"+Thread.currentThread().getName());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}});
}executor.shutdown();

这里定义了5个屏障，所有的程序会在barrier.enter()处阻塞等待，直到所有的线程都执行到该方法才会继续执行。这时候查看/barrier1节点，会发现其下有5个uuid类型的子节点和一个ready节点。每个enter的线程创建了一个子节点，barrier判断达到屏障数量时自动创建一个ready节点。

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 20] ls /barrier1
[0ffbe0f0-0bf6-4098-a494-912ce57d8f5f, 10e54092-9909-4a0a-a764-774e55584b1d, 4b72c6bb-bff4-4bf4-9762-dbb56daaaf87, 8d8ecafa-31a8-4799-8b49-35f61098a05f, cbe75b72-8fdb-48dd-9620-2d34b59d411e, ready]

后面leave()方法离开屏障点又是一个阻塞点，屏障会等到所有的参与者都调用leave方法后才会通知所有参与者继续执行。最后 enter()->leave()方法之间是多个参与者同步操作业务逻辑。