在 Kubernetes 為主流注冊發現的今天，給出如何在 Spring Boot 中基于 ZooKeeper 實現服務注冊/發現、分布式鎖、配置中心以及集群協調的完整代碼與最佳實踐。所有示例均可直接復制運行。

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1. ZooKeeper 架構與核心原理

1.1 角色

• Leader：處理寫請求，廣播事務（ZAB 協議）。
• Follower / Observer：處理讀請求，Follower 參與選舉，Observer 僅擴展讀能力。

1.2 一致性協議：ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）

1. 所有寫請求統一由 Leader 生成全局遞增的 zxid。
2. 兩階段提交（Proposal → ACK → Commit）。
3. 崩潰恢復階段：根據 zxid 選舉新 Leader，保證已 Commit 的事務不丟失。

1.3 數據模型

/
├── services
│   ├── user-service
│   │   ├── 192.168.1.10#8080  (EPHEMERAL_SEQUENTIAL)
│   │   └── 192.168.1.11#8080
│   └── order-service
├── configs
│   └── application.yml
└── locks├── pay_lock_0000000001 (EPHEMERAL_SEQUENTIAL)└── pay_lock_0000000002

• EPHEMERAL：會話斷則節點自動刪除，天然適合心跳/服務實例。
• SEQUENTIAL：節點名后綴自增，用于公平鎖、隊列。

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2. Spring Boot 集成 ZooKeeper

場景：K8s 已有 Service 發現，但團隊需要異構語言互通、強一致配置、分布式鎖，于是引入 ZooKeeper。

2.1 依賴

<dependency><groupId>org.apache.curator</groupId><artifactId>curator-framework</artifactId><version>5.5.0</version>
</dependency>
<dependency><groupId>org.apache.curator</groupId><artifactId>curator-x-discovery</artifactId><version>5.5.0</version>
</dependency>
<dependency><groupId>org.apache.curator</groupId><artifactId>curator-recipes</artifactId><version>5.5.0</version>
</dependency>

2.2 自動配置（Spring Boot 3.x）

@Configuration
@EnableConfigurationProperties(ZkProps.class)
public class ZkConfig {@Bean(initMethod = "start", destroyMethod = "close")public CuratorFramework curator(ZkProps p) {return CuratorFrameworkFactory.builder().connectString(p.getUrl()).sessionTimeoutMs(30_000).connectionTimeoutMs(10_000).retryPolicy(new ExponentialBackoffRetry(1000, 3)).build();}@Beanpublic ServiceDiscovery<InstanceDetails> discovery(CuratorFramework client) throws Exception {ServiceDiscovery<InstanceDetails> sd = ServiceDiscoveryBuilder.builder(InstanceDetails.class).client(client).basePath("/services").serializer(new JsonInstanceSerializer<>(InstanceDetails.class)).build();sd.start();return sd;}
}

2.3 服務注冊（應用啟動時自動注冊）

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class ZkRegistrar implements ApplicationRunner {private final ServiceDiscovery<InstanceDetails> discovery;private final ZkProps props;@Overridepublic void run(ApplicationArguments args) throws Exception {InstanceDetails payload = new InstanceDetails(props.getProfile());ServiceInstance<InstanceDetails> instance = ServiceInstance.<InstanceDetails>builder().name(props.getAppName()).id(props.getPodIp() + ":" + props.getPort()).address(props.getPodIp()).port(props.getPort()).payload(payload).build();discovery.registerService(instance);}
}

2.4 服務發現（負載均衡示例）

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class ZkLoadBalancer {private final ServiceDiscovery<InstanceDetails> discovery;public InstanceDetails choose(String serviceName) throws Exception {Collection<ServiceInstance<InstanceDetails>> instances =discovery.queryForInstances(serviceName);if (instances.isEmpty()) throw new IllegalStateException("No instances");// 輪詢return instances.stream().skip(ThreadLocalRandom.current().nextInt(instances.size())).findFirst().orElseThrow().getPayload();}
}

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3. 分布式鎖：Curator Recipes

Curator 提供 InterProcessMutex（可重入）、InterProcessSemaphoreMutex（不可重入）等實現。

3.1 配置

@Bean
public InterProcessMutex payLock(CuratorFramework client) {return new InterProcessMutex(client, "/locks/pay");
}

3.2 業務中使用

@Service
@RequiredArgsConstructor
public class PayService {private final InterProcessMutex payLock;public void pay(String orderId) throws Exception {if (payLock.acquire(10, TimeUnit.SECONDS)) {try {// 冪等扣款邏輯} finally {payLock.release();}} else {throw new RuntimeException("獲取鎖超時");}}
}

3.3 高級：讀寫鎖

@Bean
public InterProcessReadWriteLock rwLock(CuratorFramework client) {return new InterProcessReadWriteLock(client, "/locks/rw");
}

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4. 配置中心（動態刷新）

4.1 存儲

/configs/application.yml

4.2 監聽與熱更新

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class ConfigWatcher {private final CuratorFramework client;private final Environment env;@PostConstructpublic void watch() throws Exception {TreeCache cache = TreeCache.newBuilder(client, "/configs").build();cache.getListenable().addListener((cf, event) -> {if (event.getType() == TreeCacheEvent.Type.NODE_UPDATED) {String path = event.getData().getPath();if (path.endsWith("application.yml")) {byte[] data = event.getData().getData();// 這里觸發 Spring Environment 刷新((ConfigurableEnvironment) env).getPropertySources().replace("zk-config", new MapPropertySource("zk-config",new Yaml().load(new String(data))));}}});cache.start();}
}

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5. 最佳實踐與注意事項

維度	建議
部署	3 或 5 節點奇數集群，獨立 SSD，JVM 堆 4-8G，開啟快照自動清理。
會話	會話超時 < 客戶端 GC 時間；避免長時間 STW。
節點	數據節點 < 1MB，子節點 < 10 萬；使用 Observer 擴展讀。
鎖	鎖路徑獨立；鎖內邏輯冪等、可重試；設置超時避免死鎖。
K8s	用 StatefulSet 部署 ZooKeeper；Headless Service 使 Pod 穩定 DNS。
遷移	若未來遷到 etcd，可通過 Curator-to-etcd Bridge 逐步替換。

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6. 小結

功能	K8s 原生	ZooKeeper 方案優勢
服務發現	CoreDNS	跨語言、精細權重、健康檢查可擴展
分布式鎖	?	強一致、可重入、讀寫鎖
配置中心	ConfigMap	監聽粒度細、版本化、變更審計
集群協調	?	Leader 選舉、隊列、屏障（Barrier）

在 K8s 為主的今天，ZooKeeper 并非過時，而是作為強一致協調層的補充，特別適合金融交易、庫存扣減、大規模異構系統。

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參考閱讀

• Curator 官方文檔
• ZooKeeper Internals

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