ZooKeeper实现生产-消费者队列
生产-消费者队列，用于多节点的分布式数据结构，生产和消费数据。生产者创建一个数据对象，并放到队列中；消费者从队列中取出一个数据对象并进行处理。在ZooKeeper中，队列可以使用一个容器节点下创建多个子节点来实现；创建子节点时，CreateMode使用 PERSISTENT_SEQUENTIAL，ZooKeeper会自动在节点名称后面添加唯一序列号。EPHEMERAL_SEQUENTIAL也有同样的特点，区别在于会话结束后是否会自动删除。
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敲小黑板：*_SEQUENTIAL是ZooKeeper的一个很重要的特性，分布式锁、选举制度都依靠这个特性实现的。
1 对前续代码的重构
之前的文章，我们已经用实现了Watcher和Barrier，创建ZooKeeper连接的代码已经复制了一遍。后续还需要类似的工作，因此先对原有代码做一下重构，让代码味道干净一点。
以下是 process(WatchedEvent)的代码
final public void process(WatchedEvent event) {
if (Event.EventType.None.equals(event.getType())) {
// 连接状态发生变化
if (Event.KeeperState.SyncConnected.equals(event.getState())) {
// 连接建立成功
connectedSemaphore.countDown();
}
} else if (Event.EventType.NodeCreated.equals(event.getType())) {
processNodeCreated(event);
} else if (Event.EventType.NodeDeleted.equals(event.getType())) {
processNodeDeleted(event);
} else if (Event.EventType.NodeDataChanged.equals(event.getType())) {
processNodeDataChanged(event);
} else if (Event.EventType.NodeChildrenChanged.equals(event.getType())) {
processNodeChildrenChanged(event);
}
}以ZooKeeperBarrier为例，看看重构之后的构造函数和监听Event的代码
ZooKeeperBarrier(String address, String tableSerial, int tableCapacity, String customerName)
throws IOException {
super(address);
this.tableSerial = createRootNode(tableSerial);
this.tableCapacity = tableCapacity;
this.customerName = customerName;
}
protected void processNodeChildrenChanged(WatchedEvent event) {
log.info("{} 接收到了通知 : {}", customerName, event.getType());
// 子节点有变化
synchronized (mutex) {
mutex.notify();
}
}2 队列的生产者
生产者的关键代码
String elementName = queueName + "/element";
ArrayList ids = ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE;
CreateMode createMode = CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL;
getZooKeeper().create(elementName, value, ids, createMode); 注意，重点是PERSISTENT_SEQUENTIAL，PERSISTENT是表示永久存储直到有命令删除，SEQUENTIAL表示自动在后面添加自增的唯一序列号。这样，尽管elementName都一样，但实际生成的zNode名字在 “element”后面会添加格式为%010d的10个数字，如0000000001。如一个完整的zNode名可能为/queue/element0000000021。
3 队列的消费者
消费者尝试从子节点列表获取zNode名最小的一个子节点，如果队列为空则等待NodeChildrenChanged事件。关键代码
/** 队列的同步信号 */
private static Integer queueMutex = Integer.valueOf(1);
@Override
protected void processNodeChildrenChanged(WatchedEvent event) {
synchronized (queueMutex) {
queueMutex.notify();
}
}
/**
* 从队列中删除第一个对象
*
* @return
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
int consume() throws KeeperException, InterruptedException {
while (true) {
synchronized (queueMutex) {
List list = getZooKeeper().getChildren(queueName, true);
if (list.size() == 0) {
queueMutex.wait();
} else {
// 获取第一个子节点的名称
String firstNodeName = getFirstElementName(list);
// 删除节点，并返回节点的值
return deleteNodeAndReturnValue(firstNodeName);
}
}
}
} 4 测试日志
把测试结果放源码前面，免得大家被无聊的代码晃晕。
测试代码创建了两个线程，一个线程是生产者，按随机间隔往队列中添加对象；一个线程是消费者，随机间隔尝试从队列中取出第一个，如果当时队列为空，会等到直到新的数据。
两个进程都加上随机间隔，是为了模拟生产可能比消费更快的情况。以下是测试日志，为了更突出，生产和消费的日志我增加了不同的文字样式。
49:47.866 [INFO] ZooKeeperQueueTest.testQueue(29) 开始ZooKeeper队列测试，本次将测试 10 个数据
49:48.076 [DEBUG] ZooKeeperQueue.log(201)
+ Profiler [tech.codestory.zookeeper.queue.ZooKeeperQueue 连接到ZooKeeper]
|-- elapsed time [开始链接] 119.863 milliseconds.
|-- elapsed time [等待连接成功的Event] 40.039 milliseconds.
|-- Total [tech.codestory.zookeeper.queue.ZooKeeperQueue 连接到ZooKeeper] 159.911 milliseconds.
49:48.082 [DEBUG] ZooKeeperQueue.log(201)
+ Profiler [tech.codestory.zookeeper.queue.ZooKeeperQueue 连接到ZooKeeper]
|-- elapsed time [开始链接] 103.795 milliseconds.
|-- elapsed time [等待连接成功的Event] 65.899 milliseconds.
|-- Total [tech.codestory.zookeeper.queue.ZooKeeperQueue 连接到ZooKeeper] 170.263 milliseconds.
49:48.102 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 1 , 然后等待 1700 毫秒
49:48.134 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 1 , 然后等待 4000 毫秒
49:49.814 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 2 , 然后等待 900 毫秒
49:50.717 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 3 , 然后等待 1300 毫秒
49:52.020 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 4 , 然后等待 3700 毫秒
49:52.139 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 2 , 然后等待 2800 毫秒
49:54.947 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 3 , 然后等待 4500 毫秒
49:55.724 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 5 , 然后等待 3500 毫秒
49:59.228 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 6 , 然后等待 4200 毫秒
49:59.454 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 4 , 然后等待 2400 毫秒
50:01.870 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 5 , 然后等待 4900 毫秒
50:03.435 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 7 , 然后等待 4500 毫秒
50:06.776 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 6 , 然后等待 3600 毫秒
50:07.938 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 8 , 然后等待 1900 毫秒
50:09.846 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 9 , 然后等待 3200 毫秒
50:10.388 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 7 , 然后等待 2900 毫秒
50:13.051 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(51) 生产对象 : 10 , 然后等待 4900 毫秒
50:13.294 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 8 , 然后等待 300 毫秒
50:13.600 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 9 , 然后等待 4800 毫秒
50:18.407 [INFO] ZooKeeperQueueTest.run(80) 消费对象: 10 , 然后等待 2400 毫秒名称栏目：ZooKeeper实现生产-消费者队列
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