PHP程序中的文件鎖、互斥鎖、讀寫鎖使用技巧解析

更新時(shí)間：2016年03月21日 14:55:30 作者：一堆好人卡

這篇文章主要介紹了PHP程序中的文件鎖、互斥鎖、讀寫鎖使用技巧解析,其中重點(diǎn)講解了sync模塊和pthreads模塊中的使用實(shí)例,需要的朋友可以參考下

文件鎖
全名叫 advisory file lock, 書(shū)中有提及。這類鎖比較常見(jiàn)，例如 mysql, php-fpm 啟動(dòng)之后都會(huì)有一個(gè)pid文件記錄了進(jìn)程id，這個(gè)文件就是文件鎖。

這個(gè)鎖可以防止重復(fù)運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，例如在使用crontab時(shí)，限定每一分鐘執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，但這個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間可能超過(guò)一分鐘，如果不用進(jìn)程鎖解決沖突的話兩個(gè)進(jìn)程一起執(zhí)行就會(huì)有問(wèn)題。

使用PID文件鎖還有一個(gè)好處，方便進(jìn)程向自己發(fā)停止或者重啟信號(hào)。例如重啟php-fpm的命令為

kill -USR2 `cat /usr/local/php/var/run/php-fpm.pid`
發(fā)送USR2信號(hào)給pid文件記錄的進(jìn)程，信號(hào)屬于進(jìn)程通信，會(huì)另開(kāi)一個(gè)篇幅。

php的接口為flock，文檔比較詳細(xì)。先看一下定義，bool flock ( resource $handle , int $operation [, int &$wouldblock ] ).

$handle是文件系統(tǒng)指針，是典型地由 fopen() 創(chuàng)建的 resource(資源)。這就意味著使用flock必須打開(kāi)一個(gè)文件。
$operation 是操作類型。
&$wouldblock 如果鎖是阻塞的，那么這個(gè)變量會(huì)設(shè)為1.

需要注意的是，這個(gè)函數(shù)默認(rèn)是阻塞的，如果想非阻塞可以在 operation 加一個(gè) bitmask LOCK_NB. 接下來(lái)測(cè)試一下。

$pid_file = "/tmp/process.pid";
$pid = posix_getpid();
$fp = fopen($pid_file, 'w+');
if(flock($fp, LOCK_EX | LOCK_NB)){
  echo "got the lock \n";
  ftruncate($fp, 0);   // truncate file
  fwrite($fp, $pid);
  fflush($fp);      // flush output before releasing the lock
  sleep(300); // long running process
  flock($fp, LOCK_UN);  // 釋放鎖定
} else {
  echo "Cannot get pid lock. The process is already up \n";
}
fclose($fp);

保存為 process.php，運(yùn)行php process.php &, 此時(shí)再次運(yùn)行php process.php，就可以看到錯(cuò)誤提示。flock也有共享鎖，LOCK_SH.

互斥鎖和讀寫鎖
sync模塊中的Mutex：
Mutex是一個(gè)組合詞，mutual exclusion。用pecl安裝一下sync模塊, pecl install sync。文檔中的SyncMutex只有兩個(gè)方法，lock 和 unlock，我們就直接上代碼測(cè)試吧。沒(méi)有用IDE寫，所以cs異常丑陋，請(qǐng)無(wú)視。

$mutex = new SyncMutex("UniqueName");

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($mutex, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function obtainLock ($mutex, $i){
  echo "process {$i} is getting the mutex \n";
  $res = $mutex->lock(200);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to lock mutex. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the mutex \n";
    $mutex->unlock();
  }
  exit();
}

保存為mutex.php, run php mutex.php, output is

parent process 
parent process 
child process 1 is born. 
process 1 is getting the mutex 
child process 0 is born. 
process 0 is getting the mutex 
process 1 successfully got the mutex 
Child 0 completed
process 0 unable to lock mutex. 
Child 0 completed

這里子進(jìn)程0和1不一定誰(shuí)在前面。但是總有一個(gè)得不到鎖。這里SyncMutex::lock(int $millisecond)的參數(shù)是 millisecond, 代表阻塞的時(shí)長(zhǎng)， -1 為無(wú)限阻塞。

sync模塊中的讀寫鎖：
SyncReaderWriter的方法類似，readlock, readunlock, writelock, writeunlock,成對(duì)出現(xiàn)即可，沒(méi)有寫測(cè)試代碼，應(yīng)該和Mutex的代碼一致，把鎖替換一下就可以。

sync模塊中的Event：
感覺(jué)和golang中的Cond比較像，wait()阻塞，fire()喚醒Event阻塞的一個(gè)進(jìn)程。有一篇好文介紹了Cond, 可以看出Cond就是鎖的一種固定用法。SyncEvent也一樣。
php文檔中的例子顯示，fire()方法貌似可以用在web應(yīng)用中。

上測(cè)試代碼

for($i=0; $i<3; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    //echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    switch ($i) {
    case 0:
      wait();
      break;
    case 1:
      wait();
      break;
    case 2:
      sleep(1);
      fire();
      break;
    }
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function wait(){
  $event = new SyncEvent("UniqueName");
  echo "before waiting. \n";
  $event->wait();
  echo "after waiting. \n";
  exit();
}

function fire(){
  $event = new SyncEvent("UniqueName");
  $event->fire();
  exit();
}

這里故意少寫一個(gè)fire(), 所以程序會(huì)阻塞，證明了 fire() 一次只喚醒一個(gè)進(jìn)程。

pthreads模塊
鎖定和解鎖互斥量:

函數(shù)：

pthread_mutex_lock (mutex) 
pthread_mutex_trylock (mutex) 
pthread_mutex_unlock (mutex)

用法：

線程用pthread_mutex_lock()函數(shù)去鎖定指定的mutex變量，若該mutex已經(jīng)被另外一個(gè)線程鎖定了，該調(diào)用將會(huì)阻塞線程直到mutex被解鎖。
pthread_mutex_trylock() will attempt to lock a mutex. However, if the mutex is already locked, the routine will return immediately with a "busy" error code. This routine may be useful in pthread_mutex_trylock().

　　嘗試著去鎖定一個(gè)互斥量，然而，若互斥量已被鎖定，程序會(huì)立刻返回并返回一個(gè)忙錯(cuò)誤值。該函數(shù)在優(yōu)先級(jí)改變情況下阻止死鎖是非常有用的。線程可以用pthread_mutex_unlock()解鎖自己占用的互斥量。在一個(gè)線程完成對(duì)保護(hù)數(shù)據(jù)的使用，而其它線程要獲得互斥量在保護(hù)數(shù)據(jù)上工作時(shí)，可以調(diào)用該函數(shù)。若有一下情形則會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤：

互斥量已經(jīng)被解鎖
互斥量被另一個(gè)線程占用

互斥量并沒(méi)有多么“神奇”的，實(shí)際上，它們就是參與的線程的“君子約定”。寫代碼時(shí)要確信正確地鎖定，解鎖互斥量。

Q：有多個(gè)線程等待同一個(gè)鎖定的互斥量，當(dāng)互斥量被解鎖后，那個(gè)線程會(huì)第一個(gè)鎖定互斥量？
A：除非線程使用了優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制，否則，線程會(huì)被系統(tǒng)調(diào)度器去分配，那個(gè)線程會(huì)第一個(gè)鎖定互斥量是隨機(jī)的。

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<unistd.h> 
#include<pthread.h> 

typedef struct ct_sum 
{ 
  int sum; 
  pthread_mutex_t lock; 
}ct_sum; 

void * add1(void *cnt) 
{    
  pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  for(int i=0; i < 50; i++) 
  {
    (*(ct_sum*)cnt).sum += i;   
  } 
  pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  pthread_exit(NULL); 
  return 0; 
} 
void * add2(void *cnt) 
{    
  pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  for(int i=50; i<101; i++) 
  {  
     (*(ct_sum*)cnt).sum += i;  
  } 
  pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  pthread_exit(NULL); 
  return 0; 
} 
 
int main(void) 
{
  pthread_t ptid1, ptid2; 
  ct_sum cnt; 
  pthread_mutex_init(&(cnt.lock), NULL); 
  cnt.sum=0; 
 
  pthread_create(&ptid1, NULL, add1, &cnt); 
  pthread_create(&ptid2, NULL, add2, &cnt); 
  
  pthread_join(ptid1,NULL); 
  pthread_join(ptid2,NULL);

  printf("sum %d\n", cnt.sum);
  pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock)); 

  return 0; 
}

信號(hào)量
sync模塊中的信號(hào)量：
SyncSemaphore文檔中顯示，它和Mutex的不同之處，在于Semaphore一次可以被多個(gè)進(jìn)程(或線程)得到，而Mutex一次只能被一個(gè)得到。所以在SyncSemaphore的構(gòu)造函數(shù)中，有一個(gè)參數(shù)指定信號(hào)量可以被多少進(jìn)程得到。
public SyncSemaphore::__construct ([ string $name [, integer $initialval [, bool $autounlock ]]] ) 就是這個(gè)$initialval (initial value)

$lock = new SyncSemaphore("UniqueName", 2);

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($lock, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function obtainLock ($lock, $i){
  echo "process {$i} is getting the lock \n";
  $res = $lock->lock(200);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to lock lock. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the lock \n";
    $lock->unlock();
  }
  exit();
}

這時(shí)候兩個(gè)進(jìn)程都能得到鎖。

sysvsem模塊中的信號(hào)量
sem_get 創(chuàng)建信號(hào)量
sem_remove 刪除信號(hào)量（一般不用）
sem_acquire 請(qǐng)求得到信號(hào)量
sem_release 釋放信號(hào)量。和 sem_acquire 成對(duì)使用。

$key = ftok('/tmp', 'c');

$sem = sem_get($key);

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    //echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($sem, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}
sem_remove($sem); // finally remove the sem

function obtainLock ($sem, $i){
  echo "process {$i} is getting the sem \n";
  $res = sem_acquire($sem, true);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to get sem. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the sem \n";
    sem_release($sem);
  }
  exit();
}

這里有一個(gè)問(wèn)題，sem_acquire()第二個(gè)參數(shù)$nowait默認(rèn)為false，阻塞。我設(shè)為了true，如果得到鎖失敗，那么后面的sem_release會(huì)報(bào)警告 PHP Warning: sem_release(): SysV semaphore 4 (key 0x63000081) is not currently acquired in /home/jason/sysvsem.php on line 33, 所以這里的release操作必須放在得到鎖的情況下執(zhí)行，前面的幾個(gè)例子中沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，沒(méi)得到鎖執(zhí)行release也不會(huì)報(bào)錯(cuò)。當(dāng)然最好還是成對(duì)出現(xiàn)，確保得到鎖的情況下再release。
此外，ftok這個(gè)方法的參數(shù)有必要說(shuō)明下，第一個(gè) 必須是existing, accessable的文件, 一般使用項(xiàng)目中的文件，第二個(gè)是單字符字符串。返回一個(gè)int。

輸出為

parent process 
parent process 
child process 1 is born. 
process 1 is getting the mutex 
child process 0 is born. 
process 0 is getting the mutex 
process 1 successfully got the mutex 
Child 0 completed
process 0 unable to lock mutex. 
Child 0 completed

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