zookeeper应用之分布式队列

队列这种数据结构都不陌生，特点就是先进先出。有很多常用的消息中间件可以有现成的该部分功能，这里使用zookeeper基于发布订阅模式来实现分布式队列。对应的会有一个生产者和一个消费者。

这里理论上还是使用顺序节点。生产者不断产生新的顺序子节点，消费者watcher监听节点新增事件来消费消息。

生产者：

CuratorFramework client = ...
client.start();
String path = "/testqueue";
client.create().creatingParentsIfNeeded().withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).forPath(path,"11".getBytes())；
       

消费者：

CuratorFramework client = ...
client.start();
String path = "/testqueue";
PathChildrenCache pathCache = new PathChildrenCache(client,path,true);
pathCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() {
    @Override
    public void childEvent(CuratorFramework client, PathChildrenCacheEvent event) throws Exception {
        if(event.getType() == PathChildrenCacheEvent.Type.CHILD_ADDED){
            ChildData data = event.getData();

            //handle msg

            client.delete().forPath(data.getPath());
        }
    }
});
pathCache.start();

使用curator queue：

先来使用基本的队列类DistributedQueue。

DistributedQueue的初始化需要提交准备几个参数：

client连接就不多说了:

CuratorFramework client = ...

QueueSerializer：这个主要是用来指定对消息data进行序列化和反序列化

这里就搞一个简单的字符串类型：

QueueSerializer<String> serializer = new QueueSerializer<String>() {
    @Override
    public byte[] serialize(String item) {
        return item.getBytes();
    }

    @Override
    public String deserialize(byte[] bytes) {
        return new String(bytes);
    }
};

QueueConsumer消息consumer，当有新消息来的时候会调用consumer.consumeMessage()来处理消息

这里也搞个简单的string类型的处理consumer

QueueConsumer<String> consumer = new QueueConsumer<String>() {
    @Override
    public void consumeMessage(String s) throws Exception {
        System.out.println("receive msg:"+s);
    }

    @Override
    public void stateChanged(CuratorFramework curatorFramework, ConnectionState connectionState) {
	//TODO
    }
};

队列消息发布：

//队列节点路径
String queuePath = "/queue";
//使用上面准备的几个参数构造DistributedQueue对象
DistributedQueue<String> queue =  QueueBuilder.builder(client,consumer,serializer,queuePath).buildQueue();
queue.start();
//调用put方法生产消息
queue.put("hello");
queue.put("msg");
Thread.sleep(2000);
queue.put("3");

这样在启动测试程序在，consumer的consumeMessage方法就会收到queue.put的消息。

这里有个问题有没有发现，在初始化queue的时候需要指定consumer，那岂不是只能同一个程序中生产消费，何来的分布式？

其实这里在queue对象创建的时候consumer可以为null，这个时候queue就只生产消息。具体的逻辑需要看下DistributedQueue类的源码。

在DistributedQueue类的构造函数有一步设置isProducerOnly属性

isProducerOnly = (consumer == null);

然后在start()方法会根据isProducerOnly来判断启动方式

if ( !isProducerOnly || (maxItems != QueueBuilder.NOT_SET) )
{
    childrenCache.start();
}

if ( !isProducerOnly )
{
    service.submit
        (
            new Callable<Object>()
            {
                @Override
                public Object call()
                {
                    runLoop();
                    return null;
                }
            }
        );
}

这里看到consumer为空，两个if不成立，不会初始化对那个的消息消费逻辑wather监听。只需要在另一个程序里创建queue启动时指定consumer即可。

源码分析

先从消息的发布也就是put方法

首先调用makeItemPath()获取创建节点路径：

ZKPaths.makePath(queuePath, QUEUE_ITEM_NAME);

这里QUEUE_ITEM_NAME=“queue-”。

然后调用internalPut()方法来创建节点路径

//先累加消息数量putCount
putCount.incrementAndGet();
//使用serializer序列化消息数据
byte[]              bytes = ItemSerializer.serialize(multiItem, serializer);
//根据background来创建节点
if ( putInBackground )
{
    doPutInBackground(item, path, givenMultiItem, bytes);
}
else
{
    doPutInForeground(item, path, givenMultiItem, bytes);
}

看doPutInForeground里就是具体的创建节点了

//创建节点
client.create().withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).forPath(path, bytes);
//哦，错了这里putCount不是总消息数，是正在创建消息数，创建完再回减
synchronized(putCount)
{
    putCount.decrementAndGet();
    putCount.notifyAll();
}//如果有对应的lisener依次调用
putListenerContainer.forEach(listener -> {
    if ( item != null )
    {
        listener.putCompleted(item);
    }
    else
    {
        listener.putMultiCompleted(givenMultiItem);
    }
});

消息的发布就完成了。

然后是消息的consumer，这里肯定是使用的watcher。这里还是回到前面start方法处根据isProducerOnly属性判断有两步操作：

1、childrenCache.start();

childrenCache初始化是在queue的构造函数里

childrenCache = new ChildrenCache(client, queuePath)

其start方法会调用

private final CuratorWatcher watcher = new CuratorWatcher()
{
  @Override
  public void process(WatchedEvent event) throws Exception
  {
    if ( !isClosed.get() )
    {
      sync(true);
    }
  }
};
    private final BackgroundCallback  callback = new BackgroundCallback()
    {
        @Override
        public void processResult(CuratorFramework client, CuratorEvent event) throws Exception
        {
            if ( event.getResultCode() == KeeperException.Code.OK.intValue() )
            {
                setNewChildren(event.getChildren());
            }
        }
    };
    void start() throws Exception
    {
        sync(true);
    }
        private synchronized void sync(boolean watched) throws Exception
    {
        if ( watched )
        {//走这里
            client.getChildren().usingWatcher(watcher).inBackground(callback).forPath(path);
        }
        else
        {
            client.getChildren().inBackground(callback).forPath(path);
        }
    }

这里先把代码都贴上，看到内部定义了一个watcher和callback。这里inBackground就是watcher到事件使用callback进行处理，最后是调用到setNewChildren方法

private synchronized void setNewChildren(List<String> newChildren)
{
    if ( newChildren != null )
    {
        Data currentData = children.get();
        //将数据设置到children变量里，消息版本+1
        children.set(new Data(newChildren, currentData.version + 1));
        //notifyAll() 等待线程获取消息
        notifyFromCallback();
    }
}

这里有引入了一个children变量，然后将数据设置到了该变量里。

private final AtomicReference<Data> children = new AtomicReference<Data>(new Data(Lists.<String>newArrayList(), 0));

children其实是线程间通信一个共享数据容器变量。这里设置了数据，然后具体的数据消费在下一步。

2、线程池里丢了个任务去执行runLoop();方法。

回到DistributedQueue.start的第二步，执行runLoop()方法，看名字就应该知道了一直轮询获取消息。

还是来看代码吧

private void runLoop()
{
    long         currentVersion = -1;
    long         maxWaitMs = -1;
        //while一直轮询
        while ( state.get() == State.STARTED  )
        {
            try
            {//从childrenCache里获取数据
                ChildrenCache.Data      data = (maxWaitMs > 0) ? childrenCache.blockingNextGetData(currentVersion, maxWaitMs, TimeUnit.MILLISECONDS) : childrenCache.blockingNextGetData(currentVersion);
                currentVersion = data.version;

                List<String>        children = Lists.newArrayList(data.children);
                sortChildren(children); // makes sure items are processed in the correct order

                if ( children.size() > 0 )
                {
                    maxWaitMs = getDelay(children.get(0));
                    if ( maxWaitMs > 0 )
                    {
                        continue;
                    }
                }
                else
                {
                    continue;
                }
                /**处理数据 这里取出消息后会删除节点，然后使用serializer反序列化节点数据，
                调用consumer.consumeMessage来处理消息
                **/
                processChildren(children, currentVersion);
            }

        }
    }
}

这里获取数据使用了childrenCache.blockingNextGetData

synchronized Data blockingNextGetData(long startVersion, long maxWait, TimeUnit unit) throws InterruptedException
{
    long            startMs = System.currentTimeMillis();
    boolean         hasMaxWait = (unit != null);
    long            maxWaitMs = hasMaxWait ? unit.toMillis(maxWait) : -1;
    //数据版本没变一直wait等待
    while ( startVersion == children.get().version )
    {
        if ( hasMaxWait )
        {
            long        elapsedMs = System.currentTimeMillis() - startMs;
            long        thisWaitMs = maxWaitMs - elapsedMs;
            if ( thisWaitMs <= 0 )
            {
                break;
            }
            wait(thisWaitMs);
        }
        else
        {
            wait();
        }
    }
    return children.get();
}

这里就有wait阻塞等消息，当消息来时候会被唤醒。

其它类型队列：

curator对优先队列(DistributedPriorityQueue)、延迟队列(DistributedDelayQueue)都有对应的实现，有兴趣的自己看吧。