Google的鎖，才是分布式鎖？
早年Google的四大基礎(chǔ)設(shè)施，分別是GFS, MapReduce, BigTable, Chubby,?前三個(gè)比較有名，今天來說說最后一個(gè)，Chubby。
Chubby是什么？
Chubby是早年Google四大基礎(chǔ)設(shè)施之一，提供粗粒度的分布式鎖服務(wù)。
Chubby的使用者不需要關(guān)注復(fù)雜的同步協(xié)議，而是通過已經(jīng)封裝好的客戶端直接調(diào)用鎖服務(wù)，通過分布式鎖，滿足各種分布式場(chǎng)景下的一致性需求。
Chubby有什么典型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景？
Chubby具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如：
（1）GFS選主；
（2）BigTable中的表鎖；
Chubby的內(nèi)核本質(zhì)是什么？
Chubby本質(zhì)上是一個(gè)分布式文件系統(tǒng)，存儲(chǔ)大量小文件。每個(gè)文件就代表一個(gè)鎖，并且可以保存一些應(yīng)用層面的小規(guī)模數(shù)據(jù)。
用戶通過打開、關(guān)閉、讀取文件來獲取共享鎖或者獨(dú)占鎖；并通過反向通知機(jī)制，向用戶發(fā)送更新信息。
Chubby系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？
Chubby系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，主要想滿足以下幾點(diǎn)：
（1）粗粒度的鎖服務(wù)；
（2）高可用、高可靠；
（3）可直接存儲(chǔ)服務(wù)信息，而無需另建服務(wù)；
（4）高擴(kuò)展性；
Chubby的整體架構(gòu)是怎么樣的？
Chubby架構(gòu)并不復(fù)雜，如上圖所示，其核心是這兩個(gè)重要組件：
（1）Chubby客戶端：以庫的方式提供，可以通過相應(yīng)API接口，申請(qǐng)鎖服務(wù)，獲取數(shù)據(jù)信息，同時(shí)保持與服務(wù)端的連接；
（2）Chubby服務(wù)端：服務(wù)端集群，一般由5個(gè)節(jié)點(diǎn)組成（至少3個(gè)節(jié)點(diǎn)），其中一臺(tái)主節(jié)點(diǎn)(master)，維護(hù)與客戶端的所有通信；其他節(jié)點(diǎn)不斷和主節(jié)點(diǎn)通信，獲取用戶操作；
在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，還使用了以下特性：
（1）客戶端緩存，以減少對(duì)主節(jié)點(diǎn)的訪問；
（2）反向通知機(jī)制，鎖變化時(shí)，會(huì)反向通知客戶端；
Chubby的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)有哪些？
其一，文件系統(tǒng)。
Chubby文件系統(tǒng)類似于簡(jiǎn)單的unix文件系統(tǒng)。
文件系統(tǒng)由許多Node組成，每個(gè)Node代表一個(gè)文件，或者一個(gè)目錄。文件系統(tǒng)使用Berkeley DB來保存每個(gè)Node的數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)提供的API很少：創(chuàng)建文件系統(tǒng)、文件操作、目錄操作等簡(jiǎn)易操作。
其二，基于ICE的通信機(jī)制。
Chubby基于ICE的通信機(jī)制，核心就是異步，部分組件負(fù)責(zé)發(fā)送，部分組件負(fù)責(zé)接收。
其三，客戶端與主節(jié)點(diǎn)通信。
（1）使用長(zhǎng)連接，連接有效期內(nèi)，鎖服務(wù)、客戶端緩存數(shù)據(jù)均一直有效；
（2）定時(shí)雙向keepalive；
（3）出錯(cuò)回調(diào)；
下面將說明正常、客戶端租約過期、主節(jié)點(diǎn)租約過期、主節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)等情況。
（1）正常情況
keepalive會(huì)周期性發(fā)送，它有兩方面功能：
一來，延長(zhǎng)租約有效期，攜帶事件信息告訴客戶端更新。
二來，執(zhí)行回調(diào)，例如文件內(nèi)容修改、子節(jié)點(diǎn)增刪改、主節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)等。
（2）客戶端租約過期
客戶端沒有收到主節(jié)點(diǎn)的keepalive，租約隨之過期，將會(huì)進(jìn)入一個(gè)“危險(xiǎn)狀態(tài)”。由于此時(shí)不能確定主節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)終止，客戶端必須主動(dòng)讓本地緩存失效，同時(shí)，進(jìn)入一個(gè)尋找新的主節(jié)點(diǎn)的階段。
這個(gè)階段中，客戶端會(huì)輪詢服務(wù)集群，訪問非主節(jié)點(diǎn)的其他節(jié)點(diǎn)，當(dāng)客戶端收到一個(gè)肯定的答復(fù)時(shí)，他會(huì)向新的主節(jié)點(diǎn)發(fā)送keepalive信息，告之自己處于“危險(xiǎn)狀態(tài)”，并和新的主節(jié)點(diǎn)建立會(huì)話，然后把本地緩存中的信息刷新。
（3）主節(jié)點(diǎn)租約過期
主節(jié)點(diǎn)一段時(shí)間沒有收到客戶端的keepalive，會(huì)進(jìn)入一段等待期，此期間內(nèi)客戶端仍沒有響應(yīng)，則主節(jié)點(diǎn)認(rèn)為客戶端失效。失效后，主節(jié)點(diǎn)會(huì)把客戶端獲得的鎖，打開的臨時(shí)文件清理掉，并通知各副本節(jié)點(diǎn)，以保持一致性。
（4）主服務(wù)器出錯(cuò)
主節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)，需要內(nèi)部進(jìn)行重新選舉，各副本節(jié)點(diǎn)只響應(yīng)客戶端的讀取命令，而忽略寫命令。
其四，服務(wù)器集群間的一致性操作。
這里需要解決的問題是，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)收到客戶端請(qǐng)求時(shí)（主要是寫），如何將操作同步到其他服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，以保證數(shù)據(jù)的一致性。
（1）節(jié)點(diǎn)數(shù)目
一般來說，節(jié)點(diǎn)數(shù)為5，至少要是3。
（2）關(guān)于復(fù)制
收到客戶端請(qǐng)求時(shí)，主節(jié)點(diǎn)會(huì)將請(qǐng)求復(fù)制到所有成員，并在消息中添加最新被提交的請(qǐng)求序號(hào)。副本節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)請(qǐng)求后，獲取主節(jié)點(diǎn)處被提交的請(qǐng)求序號(hào)，然后執(zhí)行這個(gè)序列之前的所有請(qǐng)求，并把其記錄到內(nèi)存的日志里。
各副本節(jié)點(diǎn)會(huì)向主節(jié)點(diǎn)回復(fù)消息，主節(jié)點(diǎn)收到半數(shù)以上的消息（集群包含5個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，至少要收到3個(gè)節(jié)點(diǎn)），才能夠進(jìn)行確認(rèn)，執(zhí)行請(qǐng)求，并返回客戶端。
畫外音：半數(shù)以上確認(rèn)，才認(rèn)為成功。
如果某個(gè)副本節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)暫時(shí)的故障，沒有收到部分消息也沒關(guān)系，副本節(jié)點(diǎn)重新啟動(dòng)后，主動(dòng)從主節(jié)點(diǎn)處獲得已執(zhí)行的，自己卻還沒有完成的日志，并進(jìn)行執(zhí)行。
畫外音：像不像MySQL的binlog。
最終，所有成員都會(huì)獲得一致性的數(shù)據(jù)，正常情況下，至少有3個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一致，且最新的數(shù)據(jù)。
最后，舉幾個(gè)Chubby使用場(chǎng)景的例子。
例子一，集群選主
（1）集群中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都試圖創(chuàng)建/打開同一個(gè)文件，并在該文件中記錄自己的服務(wù)信息，任何時(shí)刻，肯定只有一個(gè)服務(wù)器能夠獲得該文件的控制權(quán)；
（2）首先創(chuàng)建該文件的節(jié)點(diǎn)成為主，并寫入自己的信息；
（3）后續(xù)打開該文件的節(jié)點(diǎn)成為從，并讀取主的信息；
畫外音：是不是很巧妙？
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例子二，進(jìn)程監(jiān)控
（1）各個(gè)進(jìn)程都把自己的狀態(tài)寫入指定目錄下的臨時(shí)文件里；
（2）監(jiān)控進(jìn)程通過閱讀該目錄下的文件信息來獲得進(jìn)程狀態(tài)；
（3）各個(gè)進(jìn)程隨時(shí)有可能死亡，因此指定目錄的數(shù)據(jù)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化；
（4）通過事件機(jī)制通知監(jiān)控進(jìn)程，讀取相關(guān)內(nèi)容，獲取最新狀態(tài)，達(dá)到監(jiān)控目的；
總結(jié)
Google Chubby提供粗粒度鎖服務(wù)，它的本質(zhì)是一個(gè)松耦合分布式文件系統(tǒng)。開發(fā)者不需要關(guān)注復(fù)雜的同步協(xié)議，直接調(diào)用庫來取得鎖服務(wù)，并保證了數(shù)據(jù)的一致性。
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最后要說明的是，最終Chubby系統(tǒng)代碼共13700多行，其中ICE自動(dòng)生成6400行，手動(dòng)編寫約8000行。
這就是Google牛逼的地方：強(qiáng)大的工程能力，快速穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)，快速解決各種業(yè)務(wù)問題。
近期被罰了，原創(chuàng)功能被關(guān)了，申訴也失敗了：