面试题：分布式系统中Zookeeper分布式锁底层实现的关键特性有哪些

Question

请简要阐述Zookeeper分布式锁在底层实现过程中，涉及到的如顺序节点、临时节点等特性是如何保障锁的互斥性、安全性以及锁释放机制的。

Answer 1

互斥性保障

1. 顺序节点特性：
   • 当多个客户端尝试获取锁时，Zookeeper会为每个客户端在锁节点下创建一个顺序子节点。例如，锁节点为/lock，客户端创建的顺序子节点可能为/lock/lock - 0000000001，/lock/lock - 0000000002等。
   • 客户端获取锁时，先判断自己创建的顺序子节点是否是所有子节点中序号最小的。如果是，则获取到锁；否则等待。由于Zookeeper保证了顺序子节点序号的唯一性和递增性，所以同一时刻只有一个客户端创建的顺序子节点序号最小，从而保证了锁的互斥性。
2. 临时节点特性：
   • 临时节点的生命周期与客户端会话绑定。如果持有锁的客户端会话失效（如网络故障、客户端崩溃等），临时节点会自动被Zookeeper删除。其他等待锁的客户端会收到节点变化通知，重新判断是否可以获取锁，这也间接保证了锁在客户端异常情况下的互斥性，因为失效客户端持有的锁会被释放。

安全性保障

1. 顺序节点特性：
   • 顺序节点的创建和序号分配是由Zookeeper集群按照严格的顺序进行的，这是基于Zookeeper的原子广播协议（如ZAB协议）实现的。该协议保证了集群中所有节点对顺序节点创建操作的一致性视图，从而确保了锁获取和释放过程中顺序判断的准确性，不会出现不同节点对顺序有不同认知的情况，保障了锁的安全性。
2. 临时节点特性：
   • 临时节点依赖客户端会话存活，Zookeeper对会话的管理是可靠的。会话的创建、维持和失效都有明确的机制，并且在集群中各节点同步。这保证了临时节点状态的一致性，不会出现某个节点认为临时节点存在，而其他节点认为其已删除的情况，保障了锁的安全性。

锁释放机制

1. 临时节点特性：
   • 当持有锁的客户端主动释放锁（如正常业务逻辑完成后），客户端会向Zookeeper发送删除其创建的临时顺序子节点的请求，Zookeeper会删除该节点。
   • 若客户端出现异常（如崩溃、网络分区等）导致会话失效，Zookeeper会自动删除该客户端创建的临时顺序子节点。这两种情况都会触发Zookeeper的节点变更通知，通知其他等待锁的客户端重新竞争锁。
2. 顺序节点特性辅助锁释放：
   • 当一个客户端释放锁（删除其创建的顺序子节点）后，Zookeeper会通知序号紧随其后的客户端。该客户端收到通知后，判断自己是否成为当前序号最小的子节点，如果是，则获取锁，实现了锁的顺利交接和释放后重新分配。