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ZooKeeper实现分布式队列Queue

howtodown 2014-2-6 21:50:57 发表于 实操演练 [显示全部楼层] 只看大图 回帖奖励 阅读模式 关闭右栏 2 36359
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本帖最后由 howtodown 于 2014-2-6 22:00 编辑

前言
ZooKeeper是一个分步式的协作系统，何为协作，ZooKeeper价值又有何体现。关于ZooKeeper的基本使用，请参考：ZooKeeper伪分步式集群安装及java编程命令操作

目录

  • 分布式队列
  • 设计思路
  • 程序实现
1. 分布式队列

队列有很多种产品，大都是消息系统所实现的，像ActiveMQ,JBossMQ,RabbitMQ,IBM-MQ等。分步式队列产品并不太多，像Beanstalkd。

本文实现的分布式对列，是基于ZooKeeper现实的一种同步的分步式队列，当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达。

2. 设计思路

创建一个父目录 /queue，每个成员都监控(Watch)标志位目录/queue/start 是否存在，然后每个成员都加入这个队列，加入队列的方式就是创建 /queue/x(i)的临时目录节点，然后每个成员获取 /queue 目录的所有目录节点，也就是 x(i)。判断 i 的值是否已经是成员的个数，如果小于成员个数等待 /queue/start 的出现，如果已经相等就创建 /queue/start。

产品流程图
1.png

应用实例
2.png

图标解释

  • app1,app2,app3,app4是4个独立的业务系统
  • zk1,zk2,zk3是ZooKeeper集群的3个连接点
  • /queue，是znode的队列，假设队列长度为3
  • /queue/x1，是znode队列中，1号排对者，由app1提交，同步请求，app1挂载等待
  • /queue/x2，是znode队列中，2号排对者，由app2提交，同步请求，app2挂起等待
  • /queue/x3，是znode队列中，3号排对者，由app3提交，同步请求，app3挂起等待
  • /queue/start，当znode队列中满了，触发创建开始节点
  • 当/qeueu/start被创建后，app4被启动，所有zk的连接通知同步程序(红色线)，队列已完成，所有程序结束

注：

  • 1). 创建/queue/x1,/queue/x2,/queue/x3没有前后顺序，提交后程序就同步挂起。
  • 2). app1可以通过zk2提交，app2也可通过zk3提交
  • 3). app1可以提交3次请求，生成x1,x2,x3使用队列充满
  • 4). /queue/start被创建后，zk1会监听到这个事件，再告诉app1，队列已完成！
3. 程序实现

1). 单节点模拟实验

模拟app1，通过zk1，提交3个请求

  1.   public static void doOne() throws Exception {

  2.         String host1 = "192.168.1.201:2181";

  3.         ZooKeeper zk = connection(host1);

  4.         initQueue(zk);

  5.         joinQueue(zk, 1);

  6.         joinQueue(zk, 2);

  7.         joinQueue(zk, 3);

  8.         zk.close();

  9.     }
复制代码

创建一个与服务器的连接


  1.  public static ZooKeeper connection(String host) throws IOException {

  2.         ZooKeeper zk = new ZooKeeper(host, 60000, new Watcher() {

  3.             // 监听/queue/start创建的事件

  4.             public void process(WatchedEvent event) {

  5.                 if (event.getPath() != null && event.getPath().equals("/queue/start") && event.getType() == Event.EventType.NodeCreated) {

  6.                     System.out.println("Queue has Completed.Finish testing!!!");

  7.                 }

  8.             }

  9.         });

  10.         return zk;

  11.     }
复制代码

出始化队列

  1.    public static void initQueue(ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {

  2.         System.out.println("WATCH => /queue/start");

  3.         zk.exists("/queue/start", true);

  4. 

  5.         if (zk.exists("/queue", false) == null) {

  6.             System.out.println("create /queue task-queue");

  7.             zk.create("/queue", "task-queue".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

  8.         } else {

  9.             System.out.println("/queue is exist!");

  10.         }

  11.     }
复制代码

增加队列节点

  1.  public static void joinQueue(ZooKeeper zk, int x) throws KeeperException, InterruptedException {

  2.         System.out.println("create /queue/x" + x + " x" + x);

  3.         zk.create("/queue/x" + x, ("x" + x).getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

  4.         isCompleted(zk);

  5.     }
复制代码

检查队列是否完整

  1.  public static void isCompleted(ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {

  2.         int size = 3;

  3.         int length = zk.getChildren("/queue", true).size();

  4. 

  5.         System.out.println("Queue Complete:" + length + "/" + size);

  6.         if (length >= size) {

  7.             System.out.println("create /queue/start start");

  8.             zk.create("/queue/start", "start".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);

  9.         } 

  10.     }
复制代码

启动函数main

  1. public static void main(String[] args) throws Exception {

  2.     doOne();

  3. }
复制代码
运行结果：


  1. WATCH => /queue/start

  2. /queue is exist!

  3. create /queue/x1 x1

  4. Queue Complete:1/3

  5. create /queue/x2 x2

  6. Queue Complete:2/3

  7. create /queue/x3 x3

  8. Queue Complete:3/3

  9. create /queue/start start

  10. Queue has Completed.Finish testing!!!
复制代码

完全符合我的们预期。接下来我们看分布式环境

2). 分布式模拟实验

模拟app1通过zk1提交x1,app2通过zk2提交x2,app3通过zk3提交x3

  1.   public static void doAction(int client) throws Exception {

  2.         String host1 = "192.168.1.201:2181";

  3.         String host2 = "192.168.1.201:2182";

  4.         String host3 = "192.168.1.201:2183";

  5. 

  6.         ZooKeeper zk = null;

  7.         switch (client) {

  8.         case 1:

  9.             zk = connection(host1);

  10.             initQueue(zk);

  11.             joinQueue(zk, 1);

  12.             break;

  13.         case 2:

  14.             zk = connection(host2);

  15.             initQueue(zk);

  16.             joinQueue(zk, 2);

  17.             break;

  18.         case 3:

  19.             zk = connection(host3);

  20.             initQueue(zk);

  21.             joinQueue(zk, 3);

  22.             break;

  23.         }

  24.     }
复制代码

注：

  • 1). 为了简单起见，我们没有增加复杂的多线程控制的机制。
  • 2). 没有调用zk.close()方法，也就是说，app1执行完单独的提交，app1就结束了，但zk1还存在着，所以/queue/x1存在于队列。
  • 3). 程序启动方法，分3次启动，命令行传不同的参数，分别是1,2,3

3.png

执行app1–>zk1

  1. #日志输出

  2. WATCH => /queue/start

  3. /queue is exist!

  4. create /queue/x1 x1

  5. Queue Complete:1/3

  6. 

  7. #zookeeper控制台

  8. [zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 4] ls /queue

  9. [x10000000011]
复制代码

执行app2–>zk2

  1. #日志输出

  2. WATCH => /queue/start

  3. /queue is exist!

  4. create /queue/x2 x2

  5. Queue Complete:2/3

  6. 

  7. #zookeeper控制台

  8. [zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 5] ls /queue

  9. [x20000000012, x10000000011]
复制代码

执行app3–>zk3

  1. #日志输出

  2. WATCH => /queue/start

  3. /queue is exist!

  4. create /queue/x3 x3

  5. Queue Complete:3/3

  6. create /queue/start start

  7. Queue has Completed.Finish testing!!!

  8. 

  9. #zookeeper控制台

  10. [zk: 192.168.1.201:2181(CONNECTED) 6] ls /queue

  11. [x30000000016, x10000000014, start, x20000000015]
复制代码

/queue/stats被建立，打印出“Queue has Completed.Finish testing!!!”，代表调用app4完成！

我们完成分布式队列的实验，由于时间仓促。文字说明及代码难免有一些问题，请发现问题的同学帮忙指正。

下面贴一下完整的代码：

  1. package org.conan.zookeeper.demo;

  2. 

  3. import java.io.IOException;

  4. 

  5. import org.apache.zookeeper.CreateMode;

  6. import org.apache.zookeeper.KeeperException;

  7. import org.apache.zookeeper.WatchedEvent;

  8. import org.apache.zookeeper.Watcher;

  9. import org.apache.zookeeper.ZooKeeper;

  10. import org.apache.zookeeper.ZooDefs.Ids;

  11. 

  12. public class QueueZooKeeper {

  13. 

  14.     public static void main(String[] args) throws Exception {

  15.         if (args.length == 0) {

  16.             doOne();

  17.         } else {

  18.             doAction(Integer.parseInt(args[0]));

  19.         }

  20.     }

  21. 

  22.     public static void doOne() throws Exception {

  23.         String host1 = "192.168.1.201:2181";

  24.         ZooKeeper zk = connection(host1);

  25.         initQueue(zk);

  26.         joinQueue(zk, 1);

  27.         joinQueue(zk, 2);

  28.         joinQueue(zk, 3);

  29.         zk.close();

  30.     }

  31. 

  32.     public static void doAction(int client) throws Exception {

  33.         String host1 = "192.168.1.201:2181";

  34.         String host2 = "192.168.1.201:2182";

  35.         String host3 = "192.168.1.201:2183";

  36. 

  37.         ZooKeeper zk = null;

  38.         switch (client) {

  39.         case 1:

  40.             zk = connection(host1);

  41.             initQueue(zk);

  42.             joinQueue(zk, 1);

  43.             break;

  44.         case 2:

  45.             zk = connection(host2);

  46.             initQueue(zk);

  47.             joinQueue(zk, 2);

  48.             break;

  49.         case 3:

  50.             zk = connection(host3);

  51.             initQueue(zk);

  52.             joinQueue(zk, 3);

  53.             break;

  54.         }

  55.     }

  56. 

  57.     // 创建一个与服务器的连接

  58.     public static ZooKeeper connection(String host) throws IOException {

  59.         ZooKeeper zk = new ZooKeeper(host, 60000, new Watcher() {

  60.             // 监控所有被触发的事件

  61.             public void process(WatchedEvent event) {

  62.                 if (event.getType() == Event.EventType.NodeCreated && event.getPath().equals("/queue/start")) {

  63.                     System.out.println("Queue has Completed.Finish testing!!!");

  64.                 }

  65.             }

  66.         });

  67.         return zk;

  68.     }

  69. 

  70.     public static void initQueue(ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {

  71.         System.out.println("WATCH => /queue/start");

  72.         zk.exists("/queue/start", true);

  73. 

  74.         if (zk.exists("/queue", false) == null) {

  75.             System.out.println("create /queue task-queue");

  76.             zk.create("/queue", "task-queue".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

  77.         } else {

  78.             System.out.println("/queue is exist!");

  79.         }

  80.     }

  81. 

  82.     public static void joinQueue(ZooKeeper zk, int x) throws KeeperException, InterruptedException {

  83.         System.out.println("create /queue/x" + x + " x" + x);

  84.         zk.create("/queue/x" + x, ("x" + x).getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

  85.         isCompleted(zk);

  86.     }

  87. 

  88.     public static void isCompleted(ZooKeeper zk) throws KeeperException, InterruptedException {

  89.         int size = 3;

  90.         int length = zk.getChildren("/queue", true).size();

  91. 

  92.         System.out.println("Queue Complete:" + length + "/" + size);

  93.         if (length >= size) {

  94.             System.out.println("create /queue/start start");

  95.             zk.create("/queue/start", "start".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);

  96.         } 

  97.     }

  98. 

  99. }
复制代码


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9528 发表于 2014-3-12 16:32:24
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anyhuayong 发表于 2014-9-25 09:11:59
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