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Zookeeper基础和简单使用

作者：代码探险家 | 2024-07-16 20:27:23

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Zookeeper基础和简单使用

安装与配置

概念

基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，负责存储和管理大家都关心数据，然后接受观察者的注册，一单这些数据的这状态发生了变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应

特点

  1. zookeeper由一个领导者，和多个跟随者组成的集群

  2. 集群中有半数节点存活，zookeeper就可以正常服务，所以zookeeper适合安装奇数台服务器

  3. 全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据一致

  4. 更新请求顺序一致，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行

  5. 数据更新原子性：一次数据更新要么成功，要么失败

  6. 实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据

数据结构

Zookeeper数据模型的结构与Unix文件系统类似，整体可以看做是一棵树，每个节点可以被称作一个ZNode。每一个ZNode默认存储1M数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识

应用环境

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、负载均衡等

  • 统一命名服务

    • 在分布式环境下，需要对环境进行统一命名，便于识别，例如IP用域名命名

  • 统一配置管理

    • 一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如kafka集群
    • 对配置文件修改后，希望快速同步到各个节点上

  • 统一集群管理

    • 根据节点实时做出调整，将节点信息写入zookeeper上的一个ZNode，监听这个ZNode可以获取他们实时的变化

  • 服务器节点动态上下线

    • 让服务器动态上线下线

  • 负载均衡

    • 让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求

安装

安装地址：阿里云镜像

放在linux内，解压

tar -zxvf apache-zookeeper-3.7.1-bin.tar.gz 

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将

/zookeeper/conf/zoo_example.cfg 改名为/zookeeper/conf/zoo.cfg

  • 1

更改zoo.cfg配置，路径改为自己自定义的路径，避免存放为tmp文件夹

dataDir=/usr/local/zookeeper-3.7.1/zkData

  • 1

启动

  • 启动服务端(bin下)
./zkServer.sh start

  • 1
  • 启动客户端
./zkCli.sh

  • 1
[root@localhost zookeeper-3.7.1]# bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.7.1/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Mode: standalone

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配置详解

  • zoo.cfg文件内的参数
#服务器leader与客户端follower心跳时间，单位毫秒
tickTime=2000   
#LF初始通信时限，初始连接最多可以承受的tickTime数量
initLimit=10
#同步通信时限，如果超过syncLimit * tickTime，leader认为Follower死掉，从服务器节点删除
syncLimit=5
#保存zookeeper内的数据
dataDir=/usr/local/zookeeper-3.7.1/zkData
#通信端口
clientPort=2181

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常用命令

数据模型

  • 树形目录结构，类似Unix，拥有层次化的结构
  • 每个节点被称为ZNode，每个节点会保存自己的数据和节点信息
  • 节点拥有子节点，同时也允许少量数据存储在该节点之下
  • 节点分类
    • PERSISTENT 持久化节点
    • EPHEMERAL 临时节点 ： -e
    • PERSISTENT_SEQUENTIAL 持久化顺序节点： -s
    • EPHEMERAL_SEQUENTIAL 临时顺序节点： -es

image-20230513215942762

Zookeeper 服务端

  • 启动服务
./zkSever.sh start

  • 1
  • 查看状态
./zkSever.sh status

  • 1
  • 停止服务
./zkSever.sh stop

  • 1
  • 重启服务
./zkSever.sh restart

  • 1

Zookeeper 客户端

  • 启动
/zkCli.sh -server ip:端口

  • 1
  • 退出客户端
./zkClie.sh quit

  • 1
  • 增加节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /
[zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] create /app1 test  #创建节点app1 数据为test
Created /app1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] ls /
[app1, zookeeper]

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  • 查
#获取节点存放的数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] get /app1
test

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  • 给节点追加数据，使用set修改数据
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create /app2
Created /app2
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 12] set /app2 test2
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] get /app2
test2

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  • 删除节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] delete /app1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] ls /
[app2, zookeeper]

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  • 删除全部，用来删除节点下有节点的情况
deleteall /app1

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  • 帮助命令
help

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  • 创建临时节点和顺序节点
#临时节点  生命周期维持到本次会话结束
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] create -e /app1
Created /app1
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /
[app1, app2, zookeeper]

#顺序节点  每次建立按照顺序建立 可以容纳多个
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] create -s /app3
Created /app30000000003
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 6] ls /
[app1, app2, app30000000003, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] create -s /app3
Created /app30000000004
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 8] create -s /app3
Created /app30000000005
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 9] ls /
[app1, app2, app30000000003, app30000000004, app30000000005, zookeeper]

#创建临时顺序节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] create -es /app3
Created /app30000000006
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 11] ls /
[app1, app2, app30000000003, app30000000004, app30000000005, app30000000006, zookeeper]

#关闭本次会话再打开 临时节点都没了
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] ls /
[app2, app30000000003, app30000000004, app30000000005, zookeeper]

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  • 查看节点详细信息
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] ls -s /app2
[]
cZxid = 0x9
ctime = Sat May 13 07:15:26 PDT 2023
mZxid = 0xa
mtime = Sat May 13 07:15:38 PDT 2023
pZxid = 0x9
cversion = 0
dataVersion = 1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 5
numChildren = 0

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JavaAPI操作

Curator介绍

是Apache Zookeeper 的 Java客户端库

常见：

  • 原生javaapi
  • ZkClient
  • Curator：目的是为了简化Zookeeper客户端的使用

Curator API

  • maven依赖
<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.13</version>
<!--            <scope>test</scope>-->
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
            <version>1.18.24</version>
        </dependency>

        <!--            显示lombok日志信息-->
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-framework</artifactId>
            <version>4.0.1</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-recipes</artifactId>
            <version>4.0.0</version>
        </dependency>
    </dependencies>

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连接客户端

	@Test
    public void testConnect(){
        //重试策略 3s一次 重试10次
        ExponentialBackoffRetry retry = new ExponentialBackoffRetry(3000,10);
        //第一种方式
        //zkSever服务端地址和端口 多个用逗号隔开    会话超时时间(ms)     连接超时时间(ms)     重试策略
//        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(
//                "192.168.230.1:2181",
//                60 * 1000,
//                15 * 1000,
//                retry);
//        client.start();

        //第二种方式
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("192.168.230.1:2181")
                .sessionTimeoutMs(60 * 1000)
                .connectionTimeoutMs(15 * 1000)
                .retryPolicy(retry)
                .namespace("zkServer")          //名称空间 以后做的任何事情 会将命名的设置为根目录
                .build();
        client.start();
    }

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操作节点

优化连接

	CuratorFramework client = null;
    @Before
    public void connect(){
        ExponentialBackoffRetry retry = new ExponentialBackoffRetry(3000,10);
        client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("192.168.230.1:2181")
                .sessionTimeoutMs(60 * 1000)
                .connectionTimeoutMs(15 * 1000)
                .retryPolicy(retry)
                .namespace("zkServer")          //名称空间 以后做的任何事情 会将命名的设置为根目录
                .build();
        client.start();
    }

    /**
     * 释放资源
     */
    @After
    public void close(){
        if(client != null){
            client.close();
        }
    }

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增加节点
 /**
     * 创建节点
     */
    @Test
    public void create() throws Exception {
 		//1.基本创建  没有指定数据，将当前客户端ip作为数据存入
        String s1 = client.create().forPath("/app1");  //  /zkServer/app1
        System.out.println(s1);

        //2.带有数据的
        String s2 = client.create().forPath("/app2","data hello".getBytes());
        System.out.println(s2);

        //3.创建临时节点 通过withMode(CreateMode.EPHEMERAL)指定类型
        String s3 = client.create().withMode(CreateMode.EPHEMERAL).forPath("/app3");
        System.out.println(s3);         //打个断点  查看客户端 可以看见app3  如果程序意外停止 app3不会被删除

        //4.创建多级节点  creatingParentsIfNeeded() 父节点不存在也可也创建
        String s4 = client.create().creatingParentsIfNeeded().forPath("/app4/p1");
        System.out.println(s4);
    }

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  • 客户端结果
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] ls /
[zookeeper]
#1.基本创建
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 14] ls /
[zkServer, zookeeper] 
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] ls /zkServer 
[app1]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] get /zkServer/app1 
192.168.230.10

#2.带有数据的
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] ls /
[zkServer, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 18] ls /zkServer 
[app1, app2]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 19] get /zkServer/app2
data hello

#3.临时节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 20] ls /
[zkServer, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 21] ls /zkServer 
[app1, app2]
#debug还没关闭
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 22] ls /zkServer 
[app1, app2, app3]
# debug 关闭之后
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 23] ls /zkServer 
[app1, app2]

#4多级节点
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 24] ls /zkServer 
[app1, app2, app4]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 25] ls /zkServer/app4
[p1]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 26] 

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查询节点
/**
     * 查询节点
     */
    @Test
    public void query() throws Exception {
        //1.查询数据
        byte[] bytes = client.getData().forPath("/app1");
        System.out.println(new String(bytes));  //192.168.230.10

        //2.查询子节点
        List<String> list = client.getChildren().forPath("/");
        list.forEach(System.out::println);    //app1 app2 app4

        //3.查询状态
        Stat status = new Stat();
        //将查询到的结果封装给status对象
        client.getData().storingStatIn(status).forPath("/app1");
        System.out.println(status);     //33,33,1684034344358,1684034344358,0,0,0,0,14,0,33 懒蛋程序员
    }

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修改节点
  	@Test
    public void update() throws Exception {
        //1.修改数据，但是可能发生并发问题
//        client.setData().forPath("/app1","testSet".getBytes());

        //2.CAS修改 版本号法
        Stat status = new Stat();
        client.getData().storingStatIn(status).forPath("/app1");
        int version = status.getVersion();
        System.out.println(version);   //1
        //根据查询出的version进行修改，如果修改的version和内部的version不匹配，将会报错
        client.setData().withVersion(version).forPath("/app1","haha".getBytes());
    }

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  • 客户端
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 28] ls -s /zkServer/app1
[]
cZxid = 0x21
ctime = Sat May 13 20:19:04 PDT 2023
mZxid = 0x44
mtime = Sun May 14 00:30:25 PDT 2023
pZxid = 0x21
cversion = 0
dataVersion = 2					#此处为2，上面的为1 操作过之后会+1
aclVersion = 0
ephemeralOwner = 0x0
dataLength = 4

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删除节点
 	 /**
     * 删除
     * @throws Exception e
     */
	@Test
    public void delete() throws Exception {
        //1.普通删除
        client.delete().forPath("/app1");

        //2.删除全部(带子节点)
        client.delete().deletingChildrenIfNeeded().forPath("/app4");

        //3.一定成功的删除  防止网络原因没有成功删除
        client.delete().guaranteed().forPath("/app3");

        //4.回调  inBackground()
        client.delete().guaranteed().inBackground(new BackgroundCallback(){
            @Override
            public void processResult(CuratorFramework curatorFramework, CuratorEvent curatorEvent) throws Exception {
                System.out.println("我被删除啦");
                System.out.println(curatorFramework);
                System.out.println(curatorEvent);
            }
        }).forPath("/app3");
    }

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  • 控制台结果
我被删除啦
org.apache.curator.framework.imps.CuratorFrameworkImpl@1eda9cdc
CuratorEventImpl{type=DELETE, resultCode=-101, path='/app3', name='null', children=null, context=null, stat=null, data=null, watchedEvent=null, aclList=null, opResults=null}

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Watch事件监听

zookeeper允许用户在指定节点上注册一些watcher，并且在一些特定事件触发的时候，zookeeper服务端将会将事件通知到感兴趣的客户端上，该机制是zookeeper实现分布式协调服务的重要特性。

根据watch机制可以实现发布订阅功能，可以让多个订阅者同时监听一个对象，当一个对象自身状态变化时，会通知所有订阅者。

zookeeper原生支持通过注册watch来进行事件监听，但是其使用并不是很方便，需要自己实现，比较繁琐

curator引入了cache来实现对zookeeper服务端事件的监听

zookeeper提供了三种watcher

  • NodeCache：只是监听某一个特定的节点
  • PathChildrenCache：监控一个ZNode的字节点
  • TreeCache：可以监控整个树上的所有节点，类似PathChildrenCache和NodeCache的组合
  1. NodeCache普通节点监听
	/**
     * 给指定节点 注册监听
     */
    @Test
    public void NodeCacheTest() throws Exception {
        //1.创建NodeCache对象
        NodeCache nodeCache = new NodeCache(client, "/app1");
        //2.注册监听
        nodeCache.getListenable().addListener(new NodeCacheListener() {
            @Override
            public void nodeChanged() throws Exception {
                System.out.println("节点变化了");
                //对之后的操作进行记录
                //获取修改节点后的数据
                byte[] data = nodeCache.getCurrentData().getData();
                System.out.println(new String(data));
            }
        });
        //3.开启监听  true表示，开启监听，将会一次性加载缓存内的数据
        nodeCache.start(true);

        while (true){

        }
    }

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  1. PathChildrenCache监听子节点
/**
     * 监听某个节点的所有子节点们 只能监听儿子们 孙子们和自己不监听
     */
    @Test
    public void PathChildrenCacheTest() throws Exception {
        //true 是否缓存状态信息
        PathChildrenCache pathChildrenCache = new PathChildrenCache(client,"/app2",true);

        //绑定监听
        pathChildrenCache.getListenable().addListener(new PathChildrenCacheListener() {
            @Override
            public void childEvent(CuratorFramework curatorFramework, PathChildrenCacheEvent pathChildrenCacheEvent) throws Exception {
                System.out.println("子节点变化");
                System.out.println(curatorFramework);
                System.out.println(pathChildrenCacheEvent);
                //监听子节点数据变更
                PathChildrenCacheEvent.Type type = pathChildrenCacheEvent.getType();
                //特别对修改数据感兴趣
                if(type.equals(PathChildrenCacheEvent.Type.CHILD_UPDATED)){
                    //getData() 是获取孩子数据 getData().getData() 是获得具体孩子修改数据
                    byte[] data = pathChildrenCacheEvent.getData().getData();
                    System.out.println(new String(data));
                }
            }
        });
        pathChildrenCache.start();

        while (true);
    }

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新增节点和修改节点

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 47] create /zkServer/app2/p2
Created /zkServer/app2/p2

#控制台输出
子节点变化
org.apache.curator.framework.imps.WatcherRemovalFacade@d013913
PathChildrenCacheEvent{type=CHILD_ADDED, data=ChildData{path='/app2/p2', stat=101,101,1684052651069,1684052651069,0,0,0,0,0,0,101
, data=null}}


[zk: localhost:2181(CONNECTED) 49] set /zkServer/app2/p2 aaa

#控制台输出
子节点变化
org.apache.curator.framework.imps.WatcherRemovalFacade@d013913
PathChildrenCacheEvent{type=CHILD_UPDATED, data=ChildData{path='/app2/p2', stat=101,103,1684052651069,1684052677940,1,0,0,0,3,0,101
, data=[97, 97, 97]}}
aaa    #因为if只对修改感兴趣

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  1. TreeCache，上面两个合体
/**
     * 监听自己和子节点变化
     */
    @Test
    public void TreeCacheTest() throws Exception {
        //1.创建
        TreeCache treeCache = new TreeCache(client, "/app2");

        //2.注册监听
        treeCache.getListenable().addListener(new TreeCacheListener() {
            @Override
            public void childEvent(CuratorFramework curatorFramework, TreeCacheEvent treeCacheEvent) throws Exception {
                System.out.println("子节点变化");
                System.out.println(curatorFramework);
                System.out.println(treeCacheEvent);
                //监听子节点数据变更
            }
        });

        //3.开启
        treeCache.start();
        while (true);
    }

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分布式锁

除了使用mysql、redis实现分布式锁以外，现在更多的使用zookeeper实现分布式锁

原理

**核心思想：**使用临时顺序节点，当客户端需要获取锁，则创建节点（不能有多个客户端创建同一个节点），使用完锁之后删除该节点

  • 客户端获取锁的时候，在lock节点下创建临时顺序节点

  • 然后获取lock下面所有子节点，客户端获取所有子节点之后，如果发现自己创建的子节点序号最小，那么就任务该客户端获取到了锁，使用完之后，将该节点删除

  • 如果自己不是最小的，说明自己还没获取到锁，那么客户端需要找到比自己小的那个节点，同时对其注册事件监听，监听删除事件

  • 如果发现比自己小的那个节点被删除，则客户端的watcher会收到通知，此时再判断自己创建的节点是否是lock序列最小的，如果是获取锁，不是重复第三步

模拟12306售票

Curator中有五种锁案例：

  • InterProcessSemaphorMutex：分布式排他锁（非可重入）
  • InterProcessMutex：分布式可重入排他锁
  • InterProcessReadWriteLock：分布式读写锁
  • InterProcessMultiLock：将多个锁作为单个实体管理的容器
  • InterProcessSemaphoreV2：共享信号量

编写案例

  • 12306类
/**
 * @author 我见青山多妩媚
 * @date 2023/5/14 0014 17:04
 * @Description TODO
 */
public class Ticket12306 implements Runnable{
    //票数
    private int tickets = 10;

    //分布式锁
    private InterProcessMutex lock;

    public Ticket12306(){
        ExponentialBackoffRetry retry = new ExponentialBackoffRetry(3000,10);
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.builder()
                .connectString("192.168.230.1:2181")
                .sessionTimeoutMs(60 * 1000)
                .connectionTimeoutMs(15 * 1000)
                .retryPolicy(retry)
                .build();
        client.start();
        lock = new InterProcessMutex(client,"/lock");
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //获取锁 3s内
            try {
                lock.acquire(3, TimeUnit.SECONDS);
                if(tickets > 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+tickets);
                    tickets--;
                }else {
                    break;
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            } finally {
                try {
                    //释放锁
                    lock.release();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

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  • 测试类
/**
 * @author 我见青山多妩媚
 * @date 2023/5/14 0014 16:42
 * @Description TODO
 */
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket12306 ticket = new Ticket12306();

        //创建客户端
        Thread t1 = new Thread(ticket, "携程");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "飞猪");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

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运行没问题，我们看客户端

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 53] ls /
[lock, zkServer, zookeeper]
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 54] ls /lock 
[_c_780e8659-46bd-44fa-ae1a-c6d63df66a76-lock-0000001543, _c_a1d87292-26c3-452c-b02b-f9c4cf19711e-lock-0000001542]

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这里142肯定比143先获取锁，因为他小

长时间不用时，lock节点将会被自动删除

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