面试题：基于Zookeeper实现分布式锁时如何避免并发冲突

Question

假设使用Zookeeper来实现分布式锁，在高并发场景下，如何通过合理的设计节点类型、监听器机制等来避免并发冲突？请详细阐述设计思路与实现要点。

Answer 1

设计思路

1. 节点类型选择：
   • 使用临时顺序节点。当客户端尝试获取锁时，在Zookeeper的锁节点下创建一个临时顺序节点。例如，锁节点为/lock，客户端创建的节点可能形如/lock/lock-0000000001。临时节点保证了客户端与Zookeeper断开连接时，节点自动删除，避免死锁。顺序节点则提供了一种天然的排队机制，序号最小的节点代表获得锁。
2. 监听器机制：
   • 每个客户端创建完临时顺序节点后，并不直接去判断自己是否获得锁，而是监听比自己序号小的前一个节点。比如客户端C1创建的节点序号为lock-0000000003，它就监听lock-0000000002节点。当前一个节点被删除（意味着持有锁的客户端释放了锁）时，Zookeeper会通知监听它的客户端。

实现要点

1. 获取锁：
   • 客户端连接Zookeeper，在锁节点下创建临时顺序节点。
   • 获取锁节点下所有子节点，并对其按序号排序。
   • 判断自己创建的节点序号是否最小，如果是，则获得锁；否则，监听前一个序号的节点。
2. 释放锁：
   • 持有锁的客户端在业务完成后，删除自己创建的临时顺序节点。这会触发对下一个序号节点监听的客户端的通知。
3. 异常处理：
   • 客户端在监听过程中可能出现网络抖动等异常情况。需要在客户端重新连接Zookeeper后，重新确认自己的锁状态。例如，如果之前监听的节点已不存在，且自己的节点序号变为最小，那么重新获得锁；如果监听的节点仍存在，则继续监听。
4. 防止惊群效应：
   • 由于多个客户端可能同时监听同一个节点，当该节点被删除时，会通知所有监听它的客户端。为避免所有客户端同时竞争锁，可以在客户端收到通知后，设置一个短暂的随机延迟，然后再去竞争锁，降低并发冲突的概率。