面试题：分布式系统下Zookeeper分布式锁面临脑裂问题时底层如何应对

Question

假设在一个分布式系统中，出现了网络分区导致脑裂情况，Zookeeper分布式锁在底层是怎样的机制来避免不同分区同时获取到锁，进而保证数据一致性和系统正常运行的，请详细说明。

Answer 1

1. Zookeeper节点特性：
   • Zookeeper利用其树形结构的节点特性。当创建分布式锁时，通常会创建一个临时顺序节点。例如，在/locks路径下创建临时顺序节点，如/locks/lock - 0000000001 。
   • 临时节点的生命周期与客户端会话绑定，客户端会话结束，临时节点自动删除。这确保了如果持有锁的客户端出现故障（如网络分区导致与Zookeeper集群断开连接），锁会自动释放。
2. 选举机制：
   • 在Zookeeper分布式锁场景中，多个客户端同时竞争锁时，每个客户端创建的临时顺序节点编号是递增的。编号最小的节点对应的客户端获得锁。
   • 例如，客户端A创建/locks/lock - 0000000001 ，客户端B创建/locks/lock - 0000000002 ，那么客户端A获得锁。
3. Watcher机制：
   • 没有获得锁的客户端（如客户端B）会在比自己编号小的节点（如/locks/lock - 0000000001 ）上注册Watcher。
   • 当持有锁的客户端（客户端A）释放锁（如会话结束，临时节点/locks/lock - 0000000001 被删除）时，Zookeeper会通知注册了Watcher的客户端（客户端B）。客户端B收到通知后，检查自己是否是当前编号最小的节点，如果是，则获得锁。
4. 网络分区处理：
   • 在网络分区导致脑裂的情况下，Zookeeper遵循半数以上节点可用的原则。假设Zookeeper集群有5个节点，至少3个节点保持连通才能组成一个有效的集群。
   • 当出现网络分区时，不同分区内的客户端会尝试与各自分区内的Zookeeper节点交互。但只有包含半数以上节点的分区才能正常提供服务，其他分区内的客户端无法成功创建锁节点或者获取锁相关的信息（因为这些操作需要多数节点的确认）。
   • 例如，5节点集群分为2个节点和3个节点的两个分区，只有3节点分区能正常处理锁操作，2节点分区内的客户端无法获取锁，从而避免了不同分区同时获取到锁，保证了数据一致性和系统正常运行。