浅谈PHP之线程锁

一、基本先容

PHP 本身是面向 Web 开发的脚本语言，它主要是单线程的。不过在一些特定场景下，比如使用 PHP 举行命令行脚本开发或者在多历程情况下，我们可能必要使用线程锁来保证数据的划一性和完备性。

二、实现方式

一、基于文件的锁

• 原理
  
  
  
  • 利用文件体系的锁机制来实现。当一个历程必要访问共享资源时，它会尝试对一个特定的文件举行加锁。如果文件已经被其他历程锁定，当前历程就会阻塞等候，直到文件锁被开释。
    
  • 
    
  
  

示例代码

1. $file = 'lock.txt';
3. // 获取文件指针
4. $fp = fopen($file, 'w');
6. // 加锁
7. if (flock($fp, LOCK_EX)) { // LOCK_EX 表示排他锁，即同一时间只有一个进程能获取到锁
8.     // 执行需要同步的代码
9.     echo "执行同步代码块中的内容" . PHP_EOL;
11.     // 释放锁
12.     flock($fp, LOCK_UN);
13. } else {
14.     echo "无法获取锁" . PHP_EOL;
15. }
17. // 关闭文件指针
18. fclose($fp);

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在这个例子中，当一个历程执行到 flock($fp, LOCK_EX) 时，它会尝试对 lock.txt 文件加锁。如果文件已经被其他历程锁定，当前历程会阻塞在这里。当文件锁被开释后（通过 flock($fp, LOCK_UN)），当前历程才能继续执行后续代码。

二、基于数据库的锁

• 原理
  
  
  
  • 通过在数据库中设置锁记录来实现。可以创建一个专门的锁表，当历程必要访问共享资源时，它会尝试在锁表中插入一条记录或者更新某条记录来获取锁。如果插入或更新操作成功，阐明获取到锁；如果失败，阐明锁已经被其他历程持有。
    
  
  

示例代码（以 MySQL 为例）

1. $mysqli = new mysqli("localhost", "my_user", "my_password", "my_db");
3. // 尝试获取锁
4. $result = $mysqli->query("INSERT INTO locks (resource_name) VALUES ('my_resource') ON DUPLICATE KEY UPDATE process_id = LAST_INSERT_ID(process_id)");
5. $id = $mysqli->insert_id;
7. if ($id > 0) {
8.     // 获取到锁，执行同步代码
9.     echo "获取到锁，执行同步代码块中的内容" . PHP_EOL;
11.     // 释放锁
12.     $mysqli->query("DELETE FROM locks WHERE id = $id");
13. } else {
14.     echo "无法获取锁" . PHP_EOL;
15. }
17. $mysqli->close();

复制代码

这里假设有一个 locks 表，其中 resource_name 字段用于标识必要锁定的资源，process_id 字段用于记录持有锁的历程 ID。通过 INSERT ... ON DUPLICATE KEY UPDATE 语句尝试获取锁，如果插入成功（即 insert_id 大于 0），阐明获取到锁；如果插入失败（即存在重复的 resource_name），则无法获取锁。


三、基于内存共享的锁（如使用 APCu 扩展）

• 原理
  
  
  
  • APCu（Alternative PHP Cache user cache）是一个 PHP 扩展，它提供了内存缓存功能。可以利用 APCu 的原子操作来实现锁。当历程必要获取锁时，它会尝试使用 apcu_add 函数在 APCu 缓存中添加一个键值对，如果添加成功，阐明获取到锁；如果添加失败（因为键已经存在），阐明锁已经被其他历程持有。
    
  
  

示例代码

1. // 尝试获取锁
2. if (apcu_add('my_lock', true)) {
3.     // 获取到锁，执行同步代码
4.     echo "获取到锁，执行同步代码块中的内容" . PHP_EOL;
6.     // 释放锁
7.     apcu_delete('my_lock');
8. } else {
9.     echo "无法获取锁" . PHP_EOL;
10. }

复制代码

在这个例子中，my_lock 是锁的键名。当一个历程调用 apcu_add('my_lock', true) 时，如果 APCu 缓存中不存在 my_lock 键，它会添加这个键并返回 true，表示获取到锁；如果 my_lock 键已经存在，apcu_add 函数会返回 false，表示无法获取锁。


三、重要事项

一、死锁问题

• 定义
  
  
  
  • 死锁是指两个或多个历程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局，当历程处于这种僵局时，它们既无法继续执行，也无法终止，只能等候。
    
  
  
• 常见场景及避免方法
  
  
  
  • 嵌套锁：如果在持有某个锁的情况下又尝试获取另一个锁，而另一个锁已经被其他历程持有，且该历程也在等候当前历程持有的锁开释，就会发存亡锁。例如，历程 A 持有锁 1 并尝试获取锁 2，同时历程 B 持有锁 2 并尝试获取锁 1。
    
    
    
    • 避免方法：只管避免嵌套锁。如果确实必要嵌套锁，可以采用锁次序的方式来避免死锁。即规定全部历程获取锁的次序必须划一。比如，规定先获取锁 1，再获取锁 2，全部历程都按照这个次序来操作锁，就可以避免死锁的发生。
      
    
    
  • 多个资源锁：当多个历程同时竞争多个资源的锁时，也可能出现死锁。例如，有资源 A 和资源 B，历程 A 持有资源 A 的锁并请求资源 B 的锁，历程 B 持有资源 B 的锁并请求资源 A 的锁。
    
    
    
    • 避免方法：可以采用资源分级的方法。给每个资源分配一个等级，历程在请求锁时，必须按照资源等级从低到高的次序来获取锁。如许可以避免形成等候环路，从而防止死锁。
      
    
    
  
  

二、锁的开释

• 重要性
  
  
  
  • 锁的开释是避免资源饥饿和死锁的关键步骤。如果一个历程获取了锁后，没有正确开释锁，其他历程将永远无法获取该锁，导致资源无法被有效利用。
    
  
  
• 留意事项
  
  
  
  • 确保开释锁：在使用锁的代码块中，一定要确保锁能够在全部可能的执行路径上被开释。可以使用 try...finally 语句来保证锁的开释。例如，在基于文件的锁示例中：
    
  
  

1. $file = 'lock.txt';
2. $fp = fopen($file, 'w');
4. if (flock($fp, LOCK_EX)) {
5.     try {
6.         // 执行需要同步的代码
7.     } finally {
8.         // 释放锁
9.         flock($fp, LOCK_UN);
10.     }
11. }
13. fclose($fp);

复制代码

• 如许即使在执行同步代码块时发生异常，锁也能在 finally 代码块中被开释。
  
• 避免提前开释锁：在某些情况下，可能会由于逻辑错误导致锁被提前开释。比如，在一个复杂的业务流程中，某个条件分支错误地执行了锁开释操作，而后续代码还必要使用该锁。这可能会导致数据不划一的问题。因此，要仔细检察代码逻辑，确保锁只在合适的时机被开释。
  

三、锁的粒度

• 定义
  
  
  
  • 锁的粒度是指锁所控制的资源范围的大小。粒度可以很粗，比如锁定整个文件或数据库表；也可以很细，比如锁定文件中的某一行或数据库表中的某一条记录。
    
  
  
• 留意事项
  
  
  
  • 粗粒度锁：固然实现起来相对简朴，但可能会导致资源利用率低下。因为当一个历程锁定整个资源时，其他历程即使只必要访问资源的一部分也会被阻塞。例如，锁定整个数据库表举行更新操作，可能会使其他只必要查询表中部分数据的历程等候。
    
    
    
    • 适用场景：当业务逻辑简朴，对性能要求不是特别高，且资源之间的关联性很强时，可以思量使用粗粒度锁。比如，一个小型的脚本只必要对一个配置文件举行读写操作，使用文件锁来锁定整个配置文件是合适的。
      
    
    
  • 细粒度锁：可以进步资源的并发访问能力，但实现起来相对复杂，且可能会增加锁管理的开销。例如，对数据库表中的每一条记录都加锁，可以允许多个历程同时更新差别的记录，但必要更复杂的锁管理机制来协调这些锁。
    
    
    
    • 适用场景：在高并发的场景下，且资源之间的关联性较弱时，细粒度锁是更好的选择。比如，一个大型的电商平台，必要同时处理惩罚多个用户的订单更新操作，对数据库中的订单表使用行级锁可以进步体系的并发处理惩罚能力。
      
    
    
  
  

四、锁的超时机制

• 定义
  
  
  
  • 锁的超时机制是指在尝试获取锁时，如果在指定的时间内无法获取到锁，则放弃获取锁的操作。这可以避免历程无限期地等候锁，从而进步体系的相应性和稳固性。
    
  
  
• 实现方法及留意事项
  
  
  
  • 基于文件的锁超时示例：
    
  
  

1. $file = 'lock.txt';
2. $fp = fopen($file, 'w');
4. // 设置超时时间
5. $timeout = 5; // 超时时间为 5 秒
6. $startTime = time();
8. while (true) {
9.     if (flock($fp, LOCK_EX | LOCK_NB)) { // LOCK_NB 表示非阻塞方式获取锁
10.         // 获取到锁，执行同步代码
11.         break;
12.     } else {
13.         // 检查是否超时
14.         if (time() - $startTime > $timeout) {
15.             echo "获取锁超时" . PHP_EOL;
16.             break;
17.         }
18.         // 稍作等待后再次尝试
19.         usleep(100000); // 等待 0.1 秒
20.     }
21. }
23. // 释放锁
24. flock($fp, LOCK_UN);
25. fclose($fp);

复制代码

• 在这个例子中，通过 LOCK_NB 选项使 flock 函数以非阻塞方式获取锁。如果获取锁失败，就在循环中稍作等候后再次尝试，同时检查是否超时。
  
• 
  
• 留意事项：设置合理的超时时间很重要。超时时间过短可能导致历程频繁地尝试获取锁，增加体系开销；超时时间过长又可能使历程等候过久，影响体系的相应性。必要根据详细业务场景和体系性能来调整超时时间。
  

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