zookeeperによる分散キューの実装
19128 ワード
zookeeperは高性能で拡張性の高いサービスです.それ自体は一貫性の保証を提供し、特徴は以下の通りである.
(1)順序整合性:クライアントの更新順序は送信される順序と一致する.
(2)原子性:更新操作は成功するか失敗するか,第3の結果はない.
(3)単一システムミラー:クライアントがどのサーバに接続されているかにかかわらず、同じzookeeperビューが表示されます.
(4)信頼性:更新操作が適用されると、クライアントが再更新するまで値は変更されない.
zookeeperによる分散キューの実装
zookeeperが提供するコンシステンシ保証に基づいて、分散キューDistributedQueueを実現できます.
主な考え方は以下の通りです.
(1)まずDistributedQueueのコンストラクタにZooKeeperを入力する:サービス側を接続するコアクラス;dir:znodeグループを表すノードacl:各ノードのアクセス制御リスト
(2)いわゆるエンキューとはdirグループの下にznodeノードを新規作成することであるが,ノードタイプはCreateModeである.PERSISTENT_SEQUENTIALは,新規ノードの値がシーケンス番号によって一定の順序性があることを示している.その核心的な実現は:
(4)この分散キューの実装はzookeeperの一貫性保証に大きく依存する.
具体的な実装コードは以下の通りです.
(1)順序整合性:クライアントの更新順序は送信される順序と一致する.
(2)原子性:更新操作は成功するか失敗するか,第3の結果はない.
(3)単一システムミラー:クライアントがどのサーバに接続されているかにかかわらず、同じzookeeperビューが表示されます.
(4)信頼性:更新操作が適用されると、クライアントが再更新するまで値は変更されない.
zookeeperによる分散キューの実装
zookeeperが提供するコンシステンシ保証に基づいて、分散キューDistributedQueueを実現できます.
主な考え方は以下の通りです.
(1)まずDistributedQueueのコンストラクタにZooKeeperを入力する:サービス側を接続するコアクラス;dir:znodeグループを表すノードacl:各ノードのアクセス制御リスト
(2)いわゆるエンキューとはdirグループの下にznodeノードを新規作成することであるが,ノードタイプはCreateModeである.PERSISTENT_SEQUENTIALは,新規ノードの値がシーケンス番号によって一定の順序性があることを示している.その核心的な実現は:
zookeeper.create(dir+"/"+prefix, data, acl, CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL);
(3)いわゆるデキューとは,実際にはすべてのサブノードを取り出し,treeMapで秩序性を維持し,最小のノードをデキューする(すなわち,サービス側でノードの最小のノードを削除する)ことである.(4)この分散キューの実装はzookeeperの一貫性保証に大きく依存する.
具体的な実装コードは以下の通りです.
package com.zookeeper.lyt.queue;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.ACL;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import java.util.List;
import java.util.NoSuchElementException;
import java.util.TreeMap;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
/**
*
* A protocol to implement a distributed queue.
* zookeeper
*
* zookeeper : , , , .
*
*/
public class DistributedQueue {
private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(DistributedQueue.class);
private final String dir;
private ZooKeeper zookeeper;
private List acl = ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE;
private final String prefix = "qn-";
public DistributedQueue(ZooKeeper zookeeper, String dir, List acl){
this.dir = dir;
if(acl != null){
this.acl = acl;
}
this.zookeeper = zookeeper;
}
/**
* Returns a Map of the children, ordered by id.
*
* children Map , ID
*
* @param watcher optional watcher on getChildren() operation.
* @return map from id to child name for all children
*/
private TreeMap orderedChildren(Watcher watcher) throws KeeperException, InterruptedException {
TreeMap orderedChildren = new TreeMap();
List childNames = null;
try{
childNames = zookeeper.getChildren(dir, watcher);
}catch (KeeperException.NoNodeException e){
throw e;
}
for(String childName : childNames){
try{
//Check format
if(!childName.regionMatches(0, prefix, 0, prefix.length())){
LOG.warn("Found child node with improper name: " + childName);
continue;
}
String suffix = childName.substring(prefix.length());
Long childId = new Long(suffix);
orderedChildren.put(childId,childName);
}catch(NumberFormatException e){
LOG.warn("Found child node with improper format : " + childName + " " + e,e);
}
}
return orderedChildren;
}
/**
* Find the smallest child node.
*
*
* @return The name of the smallest child node.
*/
private String smallestChildName() throws KeeperException, InterruptedException {
long minId = Long.MAX_VALUE;
String minName = "";
List childNames = null;
try{
childNames = zookeeper.getChildren(dir, false);
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
LOG.warn("Caught: " +e,e);
return null;
}
for(String childName : childNames){
try{
//Check format
if(!childName.regionMatches(0, prefix, 0, prefix.length())){
LOG.warn("Found child node with improper name: " + childName);
continue;
}
String suffix = childName.substring(prefix.length());
long childId = Long.parseLong(suffix);
if(childId < minId){
minId = childId;
minName = childName;
}
}catch(NumberFormatException e){
LOG.warn("Found child node with improper format : " + childName + " " + e,e);
}
}
if(minId < Long.MAX_VALUE){
return minName;
}else{
return null;
}
}
/**
* Return the head of the queue without modifying the queue.
*
* @return the data at the head of the queue.
* @throws NoSuchElementException
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
public byte[] element() throws NoSuchElementException, KeeperException, InterruptedException {
TreeMap orderedChildren;
// element, take, and remove follow the same pattern.
// We want to return the child node with the smallest sequence number.
// Since other clients are remove()ing and take()ing nodes concurrently,
// the child with the smallest sequence number in orderedChildren might be gone by the time we check.
// We don't call getChildren again until we have tried the rest of the nodes in sequence order.
while(true){
try{
orderedChildren = orderedChildren(null);
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
throw new NoSuchElementException();
}
if(orderedChildren.size() == 0 ) throw new NoSuchElementException();
for(String headNode : orderedChildren.values()){
if(headNode != null){
try{
return zookeeper.getData(dir+"/"+headNode, false, null);
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
//Another client removed the node first, try next
}
}
}
}
}
/**
* Attempts to remove the head of the queue and return it.
* @return The former head of the queue
* @throws NoSuchElementException
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
public byte[] remove() throws NoSuchElementException, KeeperException, InterruptedException {
TreeMap orderedChildren;
// Same as for element. Should refactor this.
while(true){
try{
orderedChildren = orderedChildren(null);
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
throw new NoSuchElementException();
}
if(orderedChildren.size() == 0) throw new NoSuchElementException();
for(String headNode : orderedChildren.values()){
String path = dir +"/"+headNode;
try{
byte[] data = zookeeper.getData(path, false, null);
zookeeper.delete(path, -1);
return data;
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
// Another client deleted the node first.
}
}
}
}
private class LatchChildWatcher implements Watcher {
CountDownLatch latch;
public LatchChildWatcher(){
latch = new CountDownLatch(1);
}
public void process(WatchedEvent event){
LOG.debug("Watcher fired on path: " + event.getPath() + " state: " +
event.getState() + " type " + event.getType());
latch.countDown();
}
public void await() throws InterruptedException {
latch.await();
}
}
/**
* Removes the head of the queue and returns it, blocks until it succeeds.
* @return The former head of the queue
* @throws NoSuchElementException
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
public byte[] take() throws KeeperException, InterruptedException {
TreeMap orderedChildren;
// Same as for element. Should refactor this.
while(true){
LatchChildWatcher childWatcher = new LatchChildWatcher();
try{
orderedChildren = orderedChildren(childWatcher);
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
zookeeper.create(dir, new byte[0], acl, CreateMode.PERSISTENT);
continue;
}
if(orderedChildren.size() == 0){
childWatcher.await();
continue;
}
for(String headNode : orderedChildren.values()){
String path = dir +"/"+headNode;
try{
byte[] data = zookeeper.getData(path, false, null);
zookeeper.delete(path, -1);
return data;
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
// Another client deleted the node first.
}
}
}
}
/**
* Inserts data into queue.
* @param data
* @return true if data was successfully added
*/
public boolean offer(byte[] data) throws KeeperException, InterruptedException{
for(;;){
try{
zookeeper.create(dir+"/"+prefix, data, acl, CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL);
return true;
}catch(KeeperException.NoNodeException e){
zookeeper.create(dir, new byte[0], acl, CreateMode.PERSISTENT);
}
}
}
/**
* Returns the data at the first element of the queue, or null if the queue is empty.
* @return data at the first element of the queue, or null.
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
public byte[] peek() throws KeeperException, InterruptedException{
try{
return element();
}catch(NoSuchElementException e){
return null;
}
}
/**
* Attempts to remove the head of the queue and return it. Returns null if the queue is empty.
* @return Head of the queue or null.
* @throws KeeperException
* @throws InterruptedException
*/
public byte[] poll() throws KeeperException, InterruptedException {
try{
return remove();
}catch(NoSuchElementException e){
return null;
}
}
}