ZK客户端Curator使用详解

原创：小姐姐味道（微信公众号ID：xjjdog），欢迎分享，转载请保留出处。

zookeeper不是为高可用性设计的，但它使用 ZAB 协议达到了极高的一致性，所以是个CP系统。所以它经常被选作注册中心、配置中心、分布式锁等场景。

[不了解CP的意义，可以看这里： 也浅谈下分布式存储要点 ]

它的性能是非常有限的，而且API并不是那么好用。xjjdog倾向于使用基于 Raft 协议的 Etcd 或者 Consul ，它们更加轻量级一些。

Curator是netflix公司开源的一套zookeeper客户端，目前是Apache的顶级项目。与Zookeeper提供的原生客户端相比，Curator的抽象层次更高，简化了Zookeeper客户端的开发量。Curator解决了很多zookeeper客户端非常底层的细节开发工作，包括连接重连、反复注册wathcer和NodeExistsException 异常等。

Curator由一系列的模块构成，对于一般开发者而言，常用的是curator-framework和curator-recipes，下面对此依次介绍。

1.maven依赖

最新版本的curator 4.3.0支持zookeeper 3.4.x和3.5，但是需要注意curator传递进来的依赖，需要和实际服务器端使用的版本相符，以我们目前使用的zookeeper 3.4.6为例。

<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>4.3.0</version>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>4.3.0</version>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>3.4.6</version>
</dependency>

2.curator-framework

下面是一些常见的zk相关的操作。

public static CuratorFramework getClient() {
    return CuratorFrameworkFactory.builder()
            .connectString("127.0.0.1:2181")
            .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3))
            .connectionTimeoutMs(15 * 1000) //连接超时时间，默认15秒
            .sessionTimeoutMs(60 * 1000) //会话超时时间，默认60秒
            .namespace("arch") //设置命名空间
            .build();
}
 
public static void create(final CuratorFramework client, final String path, final byte[] payload) throws Exception {
    client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath(path, payload);
}
 
public static void createEphemeral(final CuratorFramework client, final String path, final byte[] payload) throws Exception {
    client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath(path, payload);
}
 
public static String createEphemeralSequential(final CuratorFramework client, final String path, final byte[] payload) throws Exception {
    return client.create().withProtection().withMode(CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL).forPath(path, payload);
}
 
public static void setData(final CuratorFramework client, final String path, final byte[] payload) throws Exception {
    client.setData().forPath(path, payload);
}
 
public static void delete(final CuratorFramework client, final String path) throws Exception {
    client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath(path);
}
 
public static void guaranteedDelete(final CuratorFramework client, final String path) throws Exception {
    client.delete().guaranteed().forPath(path);
}
 
public static String getData(final CuratorFramework client, final String path) throws Exception {
    return new String(client.getData().forPath(path));
}
 
public static List<String> getChildren(final CuratorFramework client, final String path) throws Exception {
    return client.getChildren().forPath(path);
}

3.curator-recipes

curator-recipes 提供了一些zk的典型使用场景的参考。下面主要介绍一下开发中常用的组件。

事件监听

zookeeper原生支持通过注册watcher来进行事件监听，但是其使用不是特别方便，需要开发人员自己反复注册watcher，比较繁琐。

Curator引入Cache来实现对zookeeper服务端事务的监听。Cache是Curator中对事件监听的包装，其对事件的监听其实可以近似看作是一个本地缓存视图和远程Zookeeper视图的对比过程。同时，Curator能够自动为开发人员处理反复注册监听，从而大大简化原生api开发的繁琐过程。

1）Node Cache

public static void nodeCache() throws Exception {
    final String path = "/nodeCache";
    final CuratorFramework client = getClient();
    client.start();
 
    delete(client, path);
    create(client, path, "cache".getBytes());
 
    final NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, path);
    nodeCache.start(true);
    nodeCache.getListenable()
            .addListener(() -> System.out.println("node data change, new data is " + new String(nodeCache.getCurrentData().getData())));
 
    setData(client, path, "cache1".getBytes());
    setData(client, path, "cache2".getBytes());
 
    Thread.sleep(1000);
 
    client.close();
}

NodeCache可以监听指定的节点，注册监听器后，节点的变化会通知相应的监听器

2）Path Cache

Path Cache  用来监听ZNode的子节点事件，包括added、updateed、removed，Path Cache会同步子节点的状态，产生的事件会传递给注册的PathChildrenCacheListener。

public static void pathChildrenCache() throws Exception {
        final String path = "/pathChildrenCache";
        final CuratorFramework client = getClient();
        client.start();
 
        final PathChildrenCache cache = new PathChildrenCache(client, path, true);
        cache.start(PathChildrenCache.StartMode.POST_INITIALIZED_EVENT);
    cache.getListenable().addListener((client1, event) -> {
            switch (event.getType()) {
                case CHILD_ADDED:
                    System.out.println("CHILD_ADDED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case CHILD_REMOVED:
                    System.out.println("CHILD_REMOVED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case CHILD_UPDATED:
                    System.out.println("CHILD_UPDATED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case CONNECTION_LOST:
                    System.out.println("CONNECTION_LOST:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case CONNECTION_RECONNECTED:
                    System.out.println("CONNECTION_RECONNECTED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case CONNECTION_SUSPENDED:
                    System.out.println("CONNECTION_SUSPENDED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                case INITIALIZED:
                    System.out.println("INITIALIZED:" + event.getData().getPath());
                    break;
                default:
                    break;
            }
        });
 
//        client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath(path);
        Thread.sleep(1000);
 
        client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath(path + "/c1");
        Thread.sleep(1000);
 
        client.delete().forPath(path + "/c1");
        Thread.sleep(1000);
 
        client.delete().forPath(path); //监听节点本身的变化不会通知
        Thread.sleep(1000);
 
        client.close();
    }

3）Tree Cache

Path Cache和Node Cache的“合体”，监视路径下的创建、更新、删除事件，并缓存路径下所有孩子结点的数据。

public static void treeCache() throws Exception {
    final String path = "/treeChildrenCache";
    final CuratorFramework client = getClient();
    client.start();
 
    final TreeCache cache = new TreeCache(client, path);
    cache.start();
 
    cache.getListenable().addListener((client1, event) -> {
        switch (event.getType()){
            case NODE_ADDED:
                System.out.println("NODE_ADDED:" + event.getData().getPath());
                break;
            case NODE_REMOVED:
                System.out.println("NODE_REMOVED:" + event.getData().getPath());
                break;
            case NODE_UPDATED:
                System.out.println("NODE_UPDATED:" + event.getData().getPath());
                break;
            case CONNECTION_LOST:
                System.out.println("CONNECTION_LOST:" + event.getData().getPath());
                break;
            case CONNECTION_RECONNECTED:
                System.out.println("CONNECTION_RECONNECTED:" + event.getData().getPath());
                break;
            case CONNECTION_SUSPENDED:
                System.out.println("CONNECTION_SUSPENDED:" + event.getData().getPath());
                break;
            case INITIALIZED:
                System.out.println("INITIALIZED:" + event.getData().getPath());
                break;
            default:
                break;
        }
    });
 
    client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath(path);
    Thread.sleep(1000);
 
    client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT).forPath(path + "/c1");
    Thread.sleep(1000);
 
    setData(client, path, "test".getBytes());
    Thread.sleep(1000);
 
    client.delete().forPath(path + "/c1");
    Thread.sleep(1000);
 
    client.delete().forPath(path);
    Thread.sleep(1000);
 
    client.close();
}

选举

curator提供了两种方式，分别是Leader Latch和Leader Election。

1）Leader Latch

随机从候选着中选出一台作为leader，选中之后除非调用close()释放leadship，否则其他的后选择无法成为leader

public class LeaderLatchTest {
 
    private static final String PATH = "/demo/leader";
 
    public static void main(String[] args) {
        List<LeaderLatch> latchList = new ArrayList<>();
        List<CuratorFramework> clients = new ArrayList<>();
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                CuratorFramework client = getClient();
                client.start();
                clients.add(client);
 
                final LeaderLatch leaderLatch = new LeaderLatch(client, PATH, "client#" + i);
                leaderLatch.addListener(new LeaderLatchListener() {
                    @Override
                    public void isLeader() {
                        System.out.println(leaderLatch.getId() + ":I am leader. I am doing jobs!");
                    }
 
                    @Override
                    public void notLeader() {
                        System.out.println(leaderLatch.getId() + ":I am not leader. I will do nothing!");
                    }
                });
                latchList.add(leaderLatch);
                leaderLatch.start();
            }
            Thread.sleep(1000 * 60);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            for (CuratorFramework client : clients) {
                CloseableUtils.closeQuietly(client);
            }
 
            for (LeaderLatch leaderLatch : latchList) {
                CloseableUtils.closeQuietly(leaderLatch);
            }
        }
    }
 
    public static CuratorFramework getClient() {
        return CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("127.0.0.1:2181")
                .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3))
                .connectionTimeoutMs(15 * 1000) //连接超时时间，默认15秒
                .sessionTimeoutMs(60 * 1000) //会话超时时间，默认60秒
                .namespace("arch") //设置命名空间
                .build();
    }
 
}

2）Leader Election

通过LeaderSelectorListener可以对领导权进行控制， 在适当的时候释放领导权，这样每个节点都有可能获得领导权。而LeaderLatch则一直持有leadership， 除非调用close方法，否则它不会释放领导权。

public class LeaderSelectorTest {
    private static final String PATH = "/demo/leader";
 
    public static void main(String[] args) {
        List<LeaderSelector> selectors = new ArrayList<>();
        List<CuratorFramework> clients = new ArrayList<>();
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                CuratorFramework client = getClient();
                client.start();
                clients.add(client);
 
                final String name = "client#" + i;
                LeaderSelector leaderSelector = new LeaderSelector(client, PATH, new LeaderSelectorListenerAdapter() {
                    @Override
                    public void takeLeadership(CuratorFramework client) throws Exception {
                        System.out.println(name + ":I am leader.");
                        Thread.sleep(2000);
                    }
                });
 
                leaderSelector.autoRequeue();
                leaderSelector.start();
                selectors.add(leaderSelector);
            }
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            for (CuratorFramework client : clients) {
                CloseableUtils.closeQuietly(client);
            }
 
            for (LeaderSelector selector : selectors) {
                CloseableUtils.closeQuietly(selector);
            }
 
        }
    }
 
    public static CuratorFramework getClient() {
        return CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("127.0.0.1:2181")
                .retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3))
                .connectionTimeoutMs(15 * 1000) //连接超时时间，默认15秒
                .sessionTimeoutMs(60 * 1000) //会话超时时间，默认60秒
                .namespace("arch") //设置命名空间
                .build();
    }
 
}

分布式锁

1）可重入锁Shared Reentrant Lock

Shared意味着锁是全局可见的， 客户端都可以请求锁。Reentrant和JDK的ReentrantLock类似， 意味着同一个客户端在拥有锁的同时，可以多次获取，不会被阻塞。它是由类InterProcessMutex来实现。它的构造函数为：

public InterProcessMutex(CuratorFramework client, String path)

通过acquire获得锁，并提供超时机制：

/**
* Acquire the mutex - blocking until it's available. Note: the same thread can call acquire
* re-entrantly. Each call to acquire must be balanced by a call to release()
*/
public void acquire();
 
/**
* Acquire the mutex - blocks until it's available or the given time expires. Note: the same thread can
* call acquire re-entrantly. Each call to acquire that returns true must be balanced by a call to release()
* Parameters:
* time - time to wait
* unit - time unit
* Returns:
* true if the mutex was acquired, false if not
*/
public boolean acquire(long time, TimeUnit unit);

通过release()方法释放锁。InterProcessMutex 实例可以重用。Revoking ZooKeeper recipes wiki定义了可协商的撤销机制。为了撤销mutex, 调用下面的方法：

/**
* 将锁设为可撤销的. 当别的进程或线程想让你释放锁时Listener会被调用。
* Parameters:
* listener - the listener
*/
public void makeRevocable(RevocationListener<T> listener)

2）不可重入锁Shared Lock

使用InterProcessSemaphoreMutex，调用方法类似，区别在于该锁是不可重入的，在同一个线程中不可重入

3）可重入读写锁Shared Reentrant Read Write Lock

类似JDK的ReentrantReadWriteLock. 一个读写锁管理一对相关的锁。一个负责读操作，另外一个负责写操作。读操作在写锁没被使用时可同时由多个进程使用，而写锁使用时不允许读 (阻塞)。此锁是可重入的。一个拥有写锁的线程可重入读锁，但是读锁却不能进入写锁。这也意味着写锁可以降级成读锁， 比如请求写锁 —>读锁 —->释放写锁。从读锁升级成写锁是不成的。主要由两个类实现：

InterProcessReadWriteLock
InterProcessLock

4）信号量Shared Semaphore

一个计数的信号量类似JDK的Semaphore。JDK中Semaphore维护的一组许可(permits)，而Cubator中称之为租约(Lease)。注意，所有的实例必须使用相同的numberOfLeases值。调用acquire会返回一个租约对象。客户端必须在finally中close这些租约对象，否则这些租约会丢失掉。但是， 但是，如果客户端session由于某种原因比如crash丢掉， 那么这些客户端持有的租约会自动close， 这样其它客户端可以继续使用这些租约。租约还可以通过下面的方式返还：

public void returnAll(Collection<Lease> leases)
public void returnLease(Lease lease)

注意一次你可以请求多个租约，如果Semaphore当前的租约不够，则请求线程会被阻塞。同时还提供了超时的重载方法:

public Lease acquire()
public Collection<Lease> acquire(int qty)
public Lease acquire(long time, TimeUnit unit)
public Collection<Lease> acquire(int qty, long time, TimeUnit unit)

主要类有:

InterProcessSemaphoreV2
Lease
SharedCountReader

5）多锁对象Multi Shared Lock

Multi Shared Lock是一个锁的容器。当调用acquire， 所有的锁都会被acquire，如果请求失败，所有的锁都会被release。同样调用release时所有的锁都被release(失败被忽略)。基本上，它就是组锁的代表，在它上面的请求释放操作都会传递给它包含的所有的锁。主要涉及两个类：

InterProcessMultiLock
InterProcessLock

它的构造函数需要包含的锁的集合，或者一组ZooKeeper的path。

public InterProcessMultiLock(List<InterProcessLock> locks)
public InterProcessMultiLock(CuratorFramework client, List<String> paths)

栅栏barrier

1）DistributedBarrier构造函数中barrierPath参数用来确定一个栅栏，只要barrierPath参数相同(路径相同)就是同一个栅栏。通常情况下栅栏的使用如下：

1.主导client设置一个栅栏

2.其他客户端就会调用waitOnBarrier()等待栅栏移除，程序处理线程阻塞

3.主导client移除栅栏，其他客户端的处理程序就会同时继续运行。

DistributedBarrier类的主要方法如下：

setBarrier() - 设置栅栏

waitOnBarrier() - 等待栅栏移除

removeBarrier() - 移除栅栏

2）双栅栏Double Barrier

双栅栏允许客户端在计算的开始和结束时同步。当足够的进程加入到双栅栏时，进程开始计算，当计算完成时，离开栅栏。双栅栏类是DistributedDoubleBarrier DistributedDoubleBarrier类实现了双栅栏的功能。它的构造函数如下：

// client - the client
// barrierPath - path to use
// memberQty - the number of members in the barrier
public DistributedDoubleBarrier(CuratorFramework client, String barrierPath, int memberQty)

memberQty是成员数量，当enter方法被调用时，成员被阻塞，直到所有的成员都调用了enter。当leave方法被调用时，它也阻塞调用线程，直到所有的成员都调用了leave。

注意：参数memberQty的值只是一个阈值，而不是一个限制值。当等待栅栏的数量大于或等于这个值栅栏就会打开！

与栅栏(DistributedBarrier)一样,双栅栏的barrierPath参数也是用来确定是否是同一个栅栏的，双栅栏的使用情况如下：

1.从多个客户端在同一个路径上创建双栅栏(DistributedDoubleBarrier),然后调用enter()方法，等待栅栏数量达到memberQty时就可以进入栅栏。

2.栅栏数量达到memberQty，多个客户端同时停止阻塞继续运行，直到执行leave()方法，等待memberQty个数量的栅栏同时阻塞到leave()方法中。

3.memberQty个数量的栅栏同时阻塞到leave()方法中，多个客户端的leave()方法停止阻塞，继续运行。

DistributedDoubleBarrier类的主要方法如下：enter()、enter(long maxWait, TimeUnit unit) - 等待同时进入栅栏

leave()、leave(long maxWait, TimeUnit unit) - 等待同时离开栅栏

异常处理：DistributedDoubleBarrier会监控连接状态，当连接断掉时enter()和leave方法会抛出异常。

计数器Counters

利用ZooKeeper可以实现一个集群共享的计数器。只要使用相同的path就可以得到最新的计数器值， 这是由ZooKeeper的一致性保证的。Curator有两个计数器， 一个是用int来计数，一个用long来计数。

1）SharedCount

这个类使用int类型来计数。主要涉及三个类。

* SharedCount
* SharedCountReader
* SharedCountListener

SharedCount代表计数器， 可以为它增加一个SharedCountListener，当计数器改变时此Listener可以监听到改变的事件，而SharedCountReader可以读取到最新的值， 包括字面值和带版本信息的值VersionedValue。

2）DistributedAtomicLong

除了计数的范围比SharedCount大了之外， 它首先尝试使用乐观锁的方式设置计数器， 如果不成功(比如期间计数器已经被其它client更新了)， 它使用InterProcessMutex方式来更新计数值。此计数器有一系列的操作：

• get(): 获取当前值

• increment()：加一

• decrement(): 减一

• add()：增加特定的值

• subtract(): 减去特定的值

• trySet(): 尝试设置计数值

• forceSet(): 强制设置计数值

你必须检查返回结果的succeeded()， 它代表此操作是否成功。如果操作成功， preValue()代表操作前的值， postValue()代表操作后的值。

End

Curator抽象和简化了很多复杂的zookeeper操作，是zk使用者的福音。而要彻底的幸福，那就是不再使用它。

我不知道其他人把zk放在一个什么位置，但在我接触paxos协议之后，就很难对它产生浓厚的兴趣。一般在技术选型的时候，它会躺在我的备选列表最后，我甚至根本无法掌握源代码里那些晦涩难懂的逻辑。

但工程建设从来不以我们的喜好来进行衡量。从来如此。

作者简介： 小姐姐味道 (xjjdog)，一个不允许程序员走弯路的公众号。聚焦基础架构和Linux。十年架构，日百亿流量，与你探讨高并发世界，给你不一样的味道。我的个人微信xjjdog0，欢迎添加好友，进一步交流。

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