实现简单的多节点抢注（主）功能

前言

　　在分布式系统中经常会遇到某个业务仅需要单个节点执行的场景，通常这样做是为了解决并发引起的状态不一致问题。但是为了防止出现单点故障，又需要为这些节点做故障转移的实现。简单的方案是同时起多个节点，但是只有一个节点作为主节点执行业务，其他的作为备份节点需要实时跟踪主节点运行状态，一旦发现主节点挂掉就将自己转变为主节点进行业务处理，这也就是所谓的“多节点抢注（主）”。

实现

　　实现一个简单的多节点抢注功能并不复杂，只需要借助一些中间件进行状态维护就可以做到，这里使用大家常用的redis作为实现方案。这个最小实现方案中仅涉及三个参与角色，分别是：

　　WorkNode -- 工作节点

　　Redis -- Redis缓存

　　CallbackHandler -- 节点注册成功回调（代表业务处理）

具体实现代码如下（仅供参考，相关细节需要自己根据业务进一步实现）

WorkNode

package me.kongdl.ezwok.work;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

/**
 * @author: kongdl
 * @date: 2022/6/7 14:55
 * @description: 分布式节点抢占注册模型
 **/
public class WorkNode extends Thread {
    // 业务代码
    private String code;
    // 节点ID
    private String nodeId;
    // redis
    private Redis redis;
    // 主节点标志
    private AtomicBoolean master;
    // 注册成功回调接口
    private CallbackHandler callbackHandler;

    public WorkNode(String code, String nodeId, CallbackHandler callbackHandler) {
        this.code = code;
        this.nodeId = nodeId;
        this.redis = new Redis();
        this.master = new AtomicBoolean(false);
        this.callbackHandler = callbackHandler;
    }

    @Override
    public void run() {
        // master:event-handler => <NODE_ID>
        String key = "master:" + code;
        while (!registerAsMaster(key)) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                return;
            }
        }
        redis.expire(key, 5, TimeUnit.SECONDS);
        while (true) { // 节点续期
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                break;
            }
            redis.expire(key, 5, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }

    /**
     * 尝试注册为主节点
     * @param key
     * @return true-成功，false-失败
     */
    private boolean registerAsMaster(String key) {
        boolean result = redis.setnx(key, nodeId);
        if (result) {
            master.set(true);
            // callback in async mode
            new Thread(() -> callbackHandler.handle(this)).start();
        }
        return result;
    }

    /**
     * 当前节点是否为主节点
     * @return
     */
    public boolean isMaster() {
        return master.get();
    }

    /**
     * 业务代码
     * @return
     */
    public String getCode() {
        return code;
    }

    /**
     * 节点ID
     * @return
     */
    public String getNodeId() {
        return nodeId;
    }

}

Redis

package me.kongdl.ezwok.work;

import org.springframework.data.redis.connection.RedisStandaloneConfiguration;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisClientConfiguration;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author: kongdl
 * @date: 2022/6/7 14:58
 * @description: Redis
 **/
public class Redis {
    private final StringRedisTemplate redisTemplate;

    public Redis() {
        this.redisTemplate = initRedisTemplate();
    }

    private StringRedisTemplate initRedisTemplate() {
        RedisStandaloneConfiguration standaloneConfig = new RedisStandaloneConfiguration();
        standaloneConfig.setHostName("localhost");
        standaloneConfig.setPort(6379);
        standaloneConfig.setPassword("Redis#321");
        standaloneConfig.setDatabase(0);
        JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
        poolConfig.setMinIdle(2);
        poolConfig.setMaxIdle(10);
        poolConfig.setMaxTotal(100);
        JedisClientConfiguration clientConfiguration = JedisClientConfiguration.builder().usePooling().poolConfig(poolConfig).build();
        JedisConnectionFactory connectionFactory = new JedisConnectionFactory(standaloneConfig, clientConfiguration);
        connectionFactory.afterPropertiesSet();
        StringRedisTemplate redisTemplate = new StringRedisTemplate(connectionFactory);
        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }

    public boolean setnx(String key, String value) {
        return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);
    }

    public boolean expire(String key, long timeout, TimeUnit unit) {
        return redisTemplate.expire(key, timeout, unit);
    }
}

CallbackHandler

package me.kongdl.ezwok.work;

/**
 * @author: kongdl
 * @date: 2022/6/7 15:58
 * @description: 回调处理接口
 **/
public interface CallbackHandler {

    /**
     * 回调处理
     */
    void handle(WorkNode node);
}

测试

/**
* 模拟多节点下的运行状况
**/
public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        // 业务代码，用以区分不同的业务
        String code = "event-handler";
        // 节点注册成功后的回调处理
        final CallbackHandler callbackHandler = node -> {
            // 执行业务操作
            System.out.println(node.getCode() + "<" + node.getNodeId() + "> registered as master ok!");
            Random random = new Random(System.currentTimeMillis());
            try { // 模拟线程随机挂掉
                TimeUnit.SECONDS.sleep(random.nextInt(10));
                node.interrupt();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        };
        // 启动多个节点
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            String nodeId = "node-" + i;
            new WorkNode(code, nodeId, callbackHandler).start();
        }
    }
}

结论

　　测试代码执行后会发现某个节点注册成功，运行一段时间（几秒）后挂掉，后续备份节点会自动注册成为主节点并接替执行业务，从而证明了该模型具备了基本的节点抢注和故障转移功能。当然，实际生产环境具有更复杂的场景和业务需求，但是可以认为都是在这个基础上进行了相关扩展。