PHP編程中的鎖

caikeal 發布于2019-06-27 11:40 / 534人閱讀

摘要：編程中的鎖最近看了理解進程這本開源書，鏈接。該書描述了中的進程概念，對鎖和進程間通信有一些總結。模塊中的信號量創建信號量刪除信號量一般不用請求得到信號量釋放信號量。

PHP編程中的鎖

最近看了《理解Linux進程》這本開源書，鏈接。該書描述了linux中的進程概念，對鎖和進程間通信(IPC)有一些總結。不過該書的描述語言是golang, 平時用的比較少，就想對應概念找找php中的接口。

文件鎖

全名叫 advisory file lock, 書中有提及。這類鎖比較常見，例如 mysql, php-fpm 啟動之后都會有一個pid文件記錄了進程id，這個文件就是文件鎖。

這個鎖可以防止重復運行一個進程，例如在使用crontab時，限定每一分鐘執行一個任務，但這個進程運行時間可能超過一分鐘，如果不用進程鎖解決沖突的話兩個進程一起執行就會有問題。

使用PID文件鎖還有一個好處，方便進程向自己發停止或者重啟信號。例如重啟php-fpm的命令為

kill -USR2 `cat /usr/local/php/var/run/php-fpm.pid`

發送USR2信號給pid文件記錄的進程，信號屬于進程通信，會另開一個篇幅。

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

$handle是文件系統指針，是典型地由 fopen() 創建的 resource(資源)。這就意味著使用flock必須打開一個文件。

$operation 是操作類型。

&$wouldblock 如果鎖是阻塞的，那么這個變量會設為1.

需要注意的是，這個函數默認是阻塞的，如果想非阻塞可以在 operation 加一個 bitmask LOCK_NB. 接下來測試一下。

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

保存為 process.php，運行php process.php &, 此時再次運行php process.php，就可以看到錯誤提示。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只有兩個方法，lock 和 unlock，我們就直接上代碼測試吧。沒有用IDE寫，所以cs異常丑陋，請無視。

$mutex = new SyncMutex("UniqueName");

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

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

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

這里子進程0和1不一定誰在前面。但是總有一個得不到鎖。這里SyncMutex::lock(int $millisecond)的參數是 millisecond, 代表阻塞的時長， -1 為無限阻塞。

sync模塊中的讀寫鎖

SyncReaderWriter的方法類似，readlock, readunlock, writelock, writeunlock,成對出現即可，沒有寫測試代碼，應該和Mutex的代碼一致，把鎖替換一下就可以。

sync模塊中的Event

感覺和golang中的Cond比較像，wait()阻塞，fire()喚醒Event阻塞的一個進程。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應用中。

上測試代碼

for($i=0; $i<3; $i++){
    $pid = pcntl_fork();
    if($pid <0){
        die("fork failed");
    }elseif ($pid>0){
        //echo "parent process 
";
    }else{
        echo "child process {$i} is born. 
";
        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
"; 
}

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

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

這里故意少寫一個fire(), 所以程序會阻塞，證明了 fire() 一次只喚醒一個進程。

pthreads模塊

貌似也看到了Mutex, Cond, Pool. 沒來得及看，看完再補充。

信號量 sync模塊中的信號量

SyncSemaphore文檔中顯示，它和Mutex的不同之處，在于Semaphore一次可以被多個進程(或線程)得到，而Mutex一次只能被一個得到。所以在SyncSemaphore的構造函數中，有一個參數指定信號量可以被多少進程得到。
public SyncSemaphore::__construct ([ string $name [, integer $initialval [, bool $autounlock ]]] ) 就是這個$initialval (initial value)

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

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

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

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

這時候兩個進程都能得到鎖。

sysvsem模塊中的信號量

sem_get 創建信號量

sem_remove 刪除信號量（一般不用）

sem_acquire 請求得到信號量

sem_release 釋放信號量。和 sem_acquire 成對使用。

$key = ftok("/tmp", "c");
$sem = sem_get($key);

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

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

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

這里有一個問題，sem_acquire()第二個參數$nowait默認為false，阻塞。我設為了true，如果得到鎖失敗，那么后面的sem_release會報警告 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行，前面的幾個例子中沒有這個問題，沒得到鎖執行release也不會報錯。當然最好還是成對出現，確保得到鎖的情況下再release。

此外，ftok這個方法的參數有必要說明下，第一個必須是existing, accessable的文件, 一般使用項目中的文件，第二個是單字符字符串。返回一個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

最后，如果文中有錯誤的地方，希望大神指出，幫助一下菜鳥進步，謝謝各位。

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